بررسي رفتار خوردگي پوشش اكسيد سريم بر روي آلياژ آلومينيوم
7075-T6

ميلاد فلاحي1، ايمان دانايي2*، بهنام لطفي3
1 -دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشكده مهندسي نفت آبادان، آبادان، ايران
استاديار، دانشكده مهندسي نفت آبادان، آبادان، ايران
استاديار، دانشگاه شهيد چمران اهواز، اهواز، ايران
* danaee@ait.put.ac.ir
(تاريخ دريافت: 15/12/1390، تاريخ پذيرش: 23/01/91)

چكيده
دراين تحقيق هدف بررسي اثر آماده سازي سطح و زمان پوششدهي بر روي رفتار خوردگي آلياژ آلومينيوم 7075-T6 پوشـش دادهشده توسط اكسيد سريم ميباشد. بدين منظور نمونههايي از آلومينيوم در محلول سريم كلريـد در حضـور آب اكسـيژنه و گليسـيرينتحت پوششدهي قرار گرفت. جهت بررسي رفتار خوردگي پوشش مزبور از آزمايشهاي پلاريزاسيون در محيط 5/3 درصـد وزنـيمحلول آب نمك در دماي محيط استفاده شد. چربي زدايي توسط استون، اچ كردن در محلـول سـديم هيدروكسـيد بـه همـراه فعـالكردن آلياژ درون محلول اسيد سولفوريك قبل از پوششدهي به عنـوان مناسـبتـرين آمـاده سـازي سـطح انتخـاب شـد. يافتـه هـايآزمايشي نشان داد پوشش حاصل پس از 24 ساعت خشك شدن در دماي محيط از پوشـانندگي مناسـبي برخـوردار بـوده و موجـبكاهش جريان خوردگي به ميزان 66/97% گرديد.

واژه هايكليدي:
آلياژ آلومينيوم 7075-T6، آماده سازي سطح، پوشش تبديلي سريم، مقاومت خوردگي

1- مقدمه
آلياژه اي آلوميني وم س ري 7000 و 2000 ك ه قابلي ت عملي ات حرارتي دارند مانند آلياژ آلومينيوم 7075-T6 بـه علـت مقاومـتزياد نسـبت بـه وزنشـان كـاربرد گسـتردهاي در صـنايع نظـ امي و صنايع هـوا و فضـا دارنـد [1-2]. مقاومـت ايـن آليـاژ بـا افـزودنعناصر آلياژي مانند مس و روي به علـت رسـوب تركيبـات بـينفلزي افـزايش پيـدا مـيكنـد، اگرچـه همـين تركيبـات بـه علـت نجيبتر بودن پتانسيل آنها نسبت به خود آلومينيوم باعث مستعد
شدن آلياژ به خوردگي مـي شـوند [3-4]. مقاومـت آلومينيـوم دربرابر خوردگي در محيط آبي به علت تشكيل لايه اكسيدي روي سـطح آن مـيباش د، اگرچـه اي ن لايـه اكس يدي در محـيطه اي خورنده در حضور يونهاي هالوژن ماننـد كلـر از بـين مـيرود و آلياژ دچار خوردگي موضعي مـي شـود . اعمـال پوشـش بـر رويسطح اين آلياژ متداولترين روش بـراي جلـوگيري از خـوردگيآن ميباشـد . پوشـش هـاي تبـديلي كروماتـه بـراي جلـوگيري ازخوردگي آلياژهاي آلومينيوم به طور گسترده مورد استفاده قـرارميگيرند، اما به علت سمي بودن 6+Cr تـلاش هـاي زيـادي بـرايجايگزين كردن آن با يك پوشش مقاوم به خوردگي غيـر سـميصورت گرفته است [5- 6]. پوشـش هـاي تبـديلي پايـه سـريم راميتوان به عنوان كانديد مناسبي جهت جايگزيني اين پوشـش هـامعرفي نمود [7- 8].
جهت اعمال پوشش مناسب و مقاوم به خـوردگي ، آمـاده سـازيسطحي قبل از پوششدهي نقش به سزايي بازي ميكند [9- 10].
دراي ن تحقي ق ه دف بررس ي اث ر آم اده س ازي س طح و زم ان غوطــهوري درون محلــول پوشــش، بــر روي رفتــار خــوردگيآلياژآلومينيوم 7075-T6 پوشش داده شده توسـط اكسـيد سـريمميباشد.

2- مواد و روش تحقيق
ضــخامت 4 ميلــيمتــر وتركيــب شــيميايي نشــان داده شــده در
پوش ش تب ديلي س ريم ب ر روي آلي اژ آلوميني وم7075-T6 ب ه
جهت پوششدهي كـه حـاوي g/l2 سـريم كلريـد، گليسـيرين وهمچنين ml/l2 آب اكسيژنه ( به منظور افزايش دادن بـه سـرعتواكنش)، به مدت 10 تا 40 دقيقه در دماي °C40 فرو بـرده شـد .
به منظور مقايسه، نمونهايي كه فقـط چربـي زدايـي شـده بـود نيـزدرون حمام پوششدهي قرار گرفت. پس از پوششدهي نمونهها با آب مقطر شسته شدند و به مـدت 24 سـاعت درون دسـيكاتوردردماي محيط قبل از بررسـي عملكـرد خـوردگي قـرار گرفـت. رفت ار خ وردگي نمون هه ا توس ط آزم ون پلاريزاس يون بوس يله دستگاهPGSTAT 302N Autolab, در محيط 5/3 درصد وزني محلول آب نمك در دماي محيط بررسي شد. بـراي ثابـت شـدنپتانسيل، نمونهها به مدت 30 دقيقه قبل از انجام آزمون خوردگي درون محلول آب نمـك قـرار گرفـت. انـدازه گيـريهـا توسـطسيسـتم س ه الكت رودي انج ام ش د، ك ه در آن الكت رود اش باعكالوم ل (SCE) ب ه عن وان الكت رود مرجـع و پلات ين ب ه عن وان الكترود كمكي مورد استفاده قرار گرفت.
جدول (1) اعمال شده است. قبل از اعمال پوشش سطح نمونههـابوسيله كاغذهاي كاربيد سـيليكون بـه ترتيـب 600، 800، 1000، 1200و سپس توسط خميـر الماسـه صـيقل داده شـد و بـا اسـتونچربي زدايي شد. جهت فعال كردن نمونهها قبل از پوششدهـي،نمونهها در يكي از 4 محلول زير غوطهور شدند:
(الف) 30 ثانيه درون محلولg/l 40 سديم هيدروكسيد در دمـايمحيط (ب) 30 ثانيه درون محلول g/l20 سديم هيدروكسـيد در دمـايمحيط (ج) 30 ثانيه درون محلـولg/l 10سـديم هيدروكسـيد در دمـايمحيط
(د) 30 ثانيه درون محلـول g/l 10 سـديم هيدروكسـيد در دمـايمحيط وسپس 1 دقيقـه درون محلـولml/l 80 اسـيد سـولفوريك96% در دماي °C40
بين هر مرحله از آماده سازي سطح و قبل از پوششدهـي ، سـطحنمونهها به خوبي با آب مقطـر شسـته شـد، نمونـه هـا درون حمـام
جدول(1):تركيب شيميايي آلياژ AA-7075-T6
Mg Cu Zn Al جزء
2.1- 2.9 1.2-2 5.1- 6.1 تعادلي درصد وزني

مساحت الكترودهاي كاري (نمونههاي آلومينيوم)، 2cm1 در نظر گرفته شد. آزمونهاي خوردگي با سرعت mV/s1 از پتانسـيلv 1/0- نسبت به پتانسيل خوردگي تـا پتانسـيلv 4/0- انجـام شـد.
براي اطمينان از نتايج، هر آزمون سه بارتكرار شد. بـرا ي بررسـيمرفولوژي سطح پوشـش هـا ، ازميكروسـكوپ الكترونـي روبشـيSEM)׀׀ (Tescan Vega استفاده شد.

نتايج و بحث
مراحل اصلي در فرايند پوششدهي شامل آمـاده سـازي سـطح وزمان غوطهوري درون محلول پوششدهي مـي باشـد كـه اثـر هـرك دام از اي ن مراح ل ب ر روي عملك رد خ وردگي و مرفول وژي پوشش اكسيد سريم حاصل بـر روي سـطح، مـورد بررسـي قـرارگرفت.
3-1- تاثير آماده سازي سطح
نمونه پوشش داده شده كه تنها با استون چربي زدايـي شـده بـود،رفتار تقريبا يكساني در نمودار پلاريزاسـيون خـوردگي بـا نمونـهمرجع بدون پوشش نشان ميدهد (شكل 1).

كه تنها با استون شسته شده بود، پس از يـك سـاعت فقـط يـك لايه زرد رنگ كم رنگ بر روي سطح آن تشكيل شد، پيش بيني ميشود كه سرعت واكنش در نمونه هايي كه فعـال نشـده باشـند، بسيار پايين است. بنابراين اچ كردن نمونه در محلول بـازي ي كـي
3306314236647

بررسي رفتار خوردگي پوشش اكسيد سريم بر روي آلياژ آلومينيوم 7075-T6 41

محلول ها ي بازي كه براي فعال كردن نمونه ها استفاده شـد داراي pH بالاتر از 11.5 مي باشند، بنـابراين انتظـار مـيرود كـه محلـولپوشش دهي از لايه اكسيدي عبور كند و بـا زيـر لايـه بـه خـوبيواكنش دهد. به محض وارد كردن نمونه هـا ي اچ شـده در حمـامپوششدهي، سطح نمونـه هـا زردرنـگ شـد، كـه نشـانگر شـروع رسوب فيلم پوشش بر روي سطح ميباشد، در حاليكه نمونهايي

شكل (1): نمودار خوردگي در محيط 3.5 درصد وزني محلول آب نمك
(1. نمونه مرجع، 2. نمونه چربي زدايي تنها)

بــراي اعمــال يــ ك پوشــش خــوب، ســطح نمونــه هــا بايــد از آلودگيها ي سطحي و اكسيدها ي سطحي به خـوب ي عـار ي شـدهباشد تا چسبندگ ي مناسب ي بين فـيلم پوشـش بـا ز يـر لا يـه حاصـلشود [11-12]. بنابراين در نمونه تنها چربي زدايي شـده، تغييـريدر اكسيدهاي سطحي ايجاد نشده است. آلومينيوم بسيار واكـنشپ ذير اس ت و لاي ه روي ين آلومين ا (3Al2O) ب ر روي س طح آن تشكيل مي شود، در آلياژ آلومينيـوم 7075 كـه منيـزيم بـه عنـوانيكي از عناصر آلياژي آن ميباشـد ، ايـن عنصـر بـر اثـر عمليـاتحرارتي به سطح آلياژ نفوذ كرده و تشكيل اكسيد منيزيم بر روي سطح ميدهد. همانطور كه در نمودار پوربهAl-Mg-H2O ديده ميشـود، آليـاژآلومينيوم در محـدودهpH ، 5/11-4 بـه صـورت Al2O3.H2O پايدار ميباشد و در pHبيشتر از 5/11 آلومينيوم بـهصــورت يــون آلومينــات (−2(AlO حــل مــي شــود [13]. تمــام از مراحل اصلي و مهم در آماده سازي قطعه قبل از پوشش دهـ ي محسوب ميشود.

شكل (2): نمودار خوردگي در محيط 3.5 درصد وزني محلول آب نمك
(1. نمونه مرجع، 2. نمونه (الف)،3. نمونه (ب)، 4. نمونه (ج)، 5. نمونه (د))

جدول(2): جريان و پتانسيل خوردگي در شرايط مختلف آماده سازي سطحي
(د) (ج) (ب) (الف) نمونه
مرجع آماده سازي
0.21 0.82 1.6 4.4 9.1 جريان خوردگي(2µA/cm)
-732 -711 -710 -709 -701 پتانسيل خوردگي
(mV)
همانگونه كه در شكل (2) و اطلاعات استخراج شـده از جـدول(2) دي ده م يش ود، ب ا ك اهش غلظ ت محل ول اچ ب ازي م ورد استفاده، جريان خوردگي نمونـه هـاي پوشـش داده شـده كـاهشپيدا ميكند، ايـن نتيجـه نشـان دهنـده ايـن اسـت كـه اسـتفاده ازمحلول فعال سازي كه قـدرت خورنـدگي كمتـري داشـته باشـد، پوششهاي مقاومتري نسبت به خـوردگي ايجـاد مـيكنـد، زيـرا محلول اچ قويتر موجب خـوردگي موضـعي روي سـطح نمونـهميشود. نمونههايي كه علاوه بر اچ شدن در محـيط بـازي سـپسدر محيط اسيدي نيز اچ شدند، بهترين مقاومـت بـه خـوردگي رانشان دادند، كه علت اين امر را ميتوان با توجه به نمـودار پوربـهAl-Mg-H2O مربوط به منيزيم هيدروكسـيد 2Mg(OH) دانسـتكه پس از اچ شدن در محلول بازي بر روي سطح باقي مانده و به صورت يون 2+Mg در محـيط اسـيدي حـل مـيشـود [14- 15]، بنابراين انتظار ميرود كه پوشش تشكيل شده، پيوند بسيار خوبي بـا زيـر لايـه داش ته باش د. در ش كل(4 و 5) مرفولـوژي س طح نمونههاي پوشش داده شده كه تحت آماده سازي مراحـل (ج) و (د) قرار گرفت نشان داده شده اسـت . همـان گونـه كـه در شـكلديده ميشود نمونهايـي كـه تحـت آمـاده سـازي فراينـد (د) قـرارگرفت ه، ت ركه اي ريزت ري روي س طح آن دي ده م يش ود و پيش بيني ميشود كه اين پوشش مقاومت به خوردگي بهتـري از خود نشان دهد. نتايج حاصل از نمودارهاي پلاريزاسيون نيز گواه همين مطلب است.
3-2- تاثيرزمان غوطه وري درون محلول پوششدهي
شكل (3) نمودارهاي پلاريزاسيون نمونه هـاي پوشـش داده شـدهطي زمان هاي مختلف غوطـه وري درون حمـام پوشـش را نشـانمي دهد و همچنين ميزان جريان خوردگي نمونه ها در جدول (3) نشان داده شده اسـت . بـا افـزايش زمـان غوطـه وري از 10 تـا 30 دقيقه مقدار جريان خوردگي كاهش پيـدا كـرده ، امـا بعـد از 40 دقيقه مقدار جريان خوردگي افزايش پيدا كرده است. علـت ايـنموضوع را ميتوان به دليل افزايش ضـخامت فـيلم پوششـي و درنتيجه كاهش چقرمگي و مستعد شدن به ترك خوردگي دانسـت(شكل6).

شكل (3): نمودار خوردگي در محيط 3.5 درصد وزني محلول آب نمك
(1. نمونه مرجع، 2.زمان غوطهوري 10 دقيقه، 3. زمان غوطهوري 20دقيقه،
4. زمان غوطهوري 30 دقيقه، 5.زمان غوطهوري 40 دقيقه)

جدول(3): جريان و پتانسيل خوردگي(vs.SCE ) در زمانهاي مختلف غوطهوري
40 دقيقه 30 دقيقه 20 دقيقه
10 دقيقه نمونه
مرجع زمان غوطهوري
0.99 0.21 1.4 2.6 9.1 جريان خوردگي (2 µA/cm)
-717 -732 -722 -713 -701 پتانسيل خوردگي(mV)

شكل (4): تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي از نمونه پوشش داده شده تحت آماده سازي (ج)

شكل (5): تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي از نمونه پوشش
داده شده تحت آماده سازي (د)

شكل (6): تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي از نمونه پوشش دادهشده پس از 40 دقيقه غوطهوري در حمام پوشش

بنابراين زمـان به ينـه بـراي پوشـش دهـي 30 دقيقـه انتخـاب شـد .
همانگونه كه در جدول (3) مشاهده ميشود، بـا اعمـال پوشـشاكسيد سريم بر روي سطح نمونه، ميزان جريان كاهش و پتانسـيلخوردگي منفيتر ميشود. اين نتايج گواه بر آن است كـه عامـلكنترل كننـده خـوردگي، واكـنش كاتـدي اسـت. بـراي بدسـتآوردن كارايي پوشش از معادله 1 استفاده شده است:

(1)

بررسي رفتار خوردگي پوشش اكسيد سريم بر روي آلياژ آلومينيوم 7075-T6 43
در ايـن رابط ه i0corr جريـان خـوردگي نمونـه مرجـع و icorr جريـان خ وردگي نمونـه پوشـش داده شـده مـيباش د. جري ان خوردگي نمونه مرجع 2A/cm6- 10×9 و جريان خوردگي نمونه پوشــش داده شــده در شــرايط آمــاده ســازي مرحلــه (د) برابــر 2A/cm7- 10×1/2 بود و لـذا بـازدهي پوشـش بدسـت آمـده بـهميزان 66/97% ميباشد.

4- نتيجه گيري
آماده سازي بهينه براي اعمال پوشـش اكسـيد سـريم بـر روي آلياژ آلومينيوم 7075-T6 شامل چربي زدايـي توسـط اسـتون، اچ كردن به مدت30 ثانيه درون محلول g/l10 سديم هيدروكسيد در دماي محـيط و سـپس اچ كـردن نمونـه بـه مـدت 1 دقيقـه درونمحلول ml/l80 اسـيد سـولفوريك 96% در دمـاي°C 40 بدسـتآمد.
غلظـ ت محل ول اچ بـازي م ورد اس تفاده شـده نباي د بيش تر از g/l10 باشد زيرا باعث ايجاد خـوردگي موضـعي بـر روي سـطحنمونه ميشود و در نتيجه افزايش جريان خوردگي ميشود.
غوطهوري در محيط اسيدي باعث حـل شـدن اكسـيد منيـزيمباقيمانده بر روي سطح ميشود وسبب تماس بهتر محلول پوشـشبا زير لايه و كاهش ريز تركها ميشود.
شــرايط بهينــه پوشــش دهـ ي ، در حمــام حــاوي ســريم كلريد،گليسيرين و همچنين آب اكسيژنه بـه مـدت 30 دقيقـه دردماي °C40 بدست آمد.

مراجع

J. Metallurgy,E. Hatch, ASM, 1984. Aluminum: Properties and Physical

B.Y. Johnson, J. Edington, M.J. O’Keefe, Effect of Coating Parameters on the Microstructure of Cerium Oxide Conversion Coatings, J. Mater. Sci. Eng. A361, Vol.
7, p. 225, 2003.
W. G. Fahrenholtz, M. J. O’Keefe, H. Zhou, J. T. Grant, Characterization of Cerium Based Conversion Coatings for Corrosion Protection of Aluminum Alloys, J. Surf. Coat.
Technol, Vol. 2, pp. 155-208, 2002.

L. E. M. Palomino, I. V. Aoki, H. G. de Melo, Microstructural and Electrochemical Characterization of Ce Conversion Layers Formed on Al Alloy 2024-T3 Covered with Cu-rich Smut, J. Electrochim. Acta 51, Vol.
3, p. 208. 2006.

P. Campestrini, E.P.M. Van Westing, J.H.W. de Wit, J.
Electrochim. Acta 46, p. 2556. 2001.

J. R. Waldrop, M.W. Kendig, J. Electrochem. Soc. 145 L11, 1998.

W.G. Fahrenholtz, M.J. O’Keefe, H. Zhou, J.T. Grant, J.
Surf. Coat. Tech. 155, Vol. 2, p.208. 2002.

M. Dabalà, L. Armelao, A. Buchberger, I. Calliari, Appl.
Surf. Sci. 172, p. 312. 2001.

F.J. Monteiro, M.A. Barbosa, D.R. Gabe, D.H. Ross, Surf.
Coat. Technol. 35 (3–4), p. 321. 1988.

B.Y. Johnson, J. Edington, M.J. O’Keefe, Mater. Sci. Eng.
A 361 (1–2), Vol. 8, p. 225. 2003.

A. de Frutos, M.A. Arenas, Y. Liu, et al., Influence in
Cerium Conversion Treatment of AA2024-T3 and
7075-T6 alloys, J. Surf. Coat. Technol. 202, p. 3797. 2008.

K. J. H. Nelson, A.E. Hughes, et al., Characterization of Aluminum Alloys After HNO3/HF–NaOH–HNO3/HF
Pretreatment, J. Mater. Sci. Technol. 17, p.1211. 2001.

J. R. Davis, Corrosion of Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1999.

R. W. Revie, Uhlig’s Corrosion Handbook, Second ed., John Wiley & Sons, Inc., 2000.

V. Fournier, P. Marcus, I. Olefjord, Oxidation of magnesium, J. Surf. Interface Anal. 34, p.494. 2002.



قیمت: تومان


پاسخ دهید