مطالعه اثر اكسيد آهن ميكايي بر رفتار حفاظت از خوردگي پوشش پايه
آبي سيليكاتي غني از روي

محمد ناصر كاكايي1، ايمان دانايي2*، داود زارعي3
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشكده مهندسي نفت شهيد تندگويان، دانشگاه صنعت نفت، گروه مهندسي بازرسي
فني، آبادان، ايران
استاديار، دانشكده مهندسي نفت شهيد تندگويان، دانشگاه صنعت نفت، آبادان، ايران
استاديار، دانشگاه آزاد، واحد تهران جنوب، گروه مهندسي پليمر دانشكده فني و مهندسي، تهران، ايران
* danaee@put.ac.ir
(تاريخ دريافت: 20/03/91، تاريخ پذيرش: 01/05/91)

چكيده
استفاده از پوشش هاي سيليكاتي غني از روي طي نيم قرن اخير از شيوههاي كارآمد براي پيش گيري از خوردگي سازههاي فـولاديدر اتمسفرهاي خورنده بوده است. اكسيد آهن ميكايي نيز از پركاربردترين رنگدانههاي مورد استفاده در پوششهاي ضدخوردگي با كاركرد سدكنندگي است. در اين تحقيق تعدادي پوشش پايه آبي سيليكاتي غني از روي بـر پايـه پتاسـيم سـيليكات اصـلاح شـده بـانانوكلوئيد سيليكا و گرد روي فرموله شدندكه در آنها اكسيد آهن ميكايي در مقادير مختلف جايگزين بخشي از رنگدانه روي شـد .
پوششهـاي تهيـه شـده پـس از اعمـال بـر روي قطعـات فـولادي بـه كمـك ميكروسـكوپ نيرويـي اتمـي، طيـف سـنجي امپـدانسالكتروشيمايي، اندازهگيري پتانسيل آزاد خوردگي و آزمون مه نمكي مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج آزمايشها حاكي از اين است كه هرچند جايگزيني يادشده باعث كاهش دوره حفاظت كاتدي فولاد توسـط پوشـش غنـي از روي شـد، امـا درمقابـل بـه خـواصضدخوردگي قابل توجهي در آزمون مه نمكي منجر گرديد. نتايج بررسيها بيانگر اين است كه از اكسيد آهن ميكايي ميتوان بـرايكنترل نرخ فعاليت پوششهاي غني از روي بهره جست.

واژه هاي كليدي:
س يليكات غن ي از روي، اكس يد آه ن ميك ايي، حفاظ ت كات دي، س دكنندگي، پتانس يل آزاد خ وردگي، طي ف س نجي امپ دانس
الكتروشيميايي، فعاليت

1- مقدمه
پوششهاي سيليكاتي غني از روي،1 پوشـش هـاي ضـدخوردگيهستند كه از فدا شدن ذرات روي براي حفاظت كاتدي زيرلايه2 فولادي بهره ميبرند. همانطور كه از نامشـان پيداسـت خصيصـه بارز ايـن پوشـشهـا مقـدار زيـاد رنگدانـه روي فلـزي اسـت. در پوششهـاي مرسـوم، رنگدانـههـا توسـط مقـدار كمـي رزيـن بـهيكديگر چسبيدهاند و رزين به اندازه كافي براي محـاط كـردن وتر كردن همه رنگدانهها وجود ندارد. هـدف از ايـن كـار تسـهيل هــدايت الكتريكــي بــا اســتفاده از اتصــال مســتقيم ذرات روي ميباشد. براي انجام عملكـرد فداشـوندگي پوشـشهـاي غنـي ازروي ميبايست تماس مستقيم با زيرلايه داشته باشـند و بـه همـيندليل در سيستمهاي چندلايه به عنـوان پرايمـر كـاربرد دارنـد. بـهدليل كمبـود رزيـن سـاختاري متخلخـل و نفوذپـذير دارنـد و بـرخلاف پوششهاي ديگر وجود اين منافذ خللي در عملكرد آنها وارد نميكند. بـا نفـوذ الكتروليـت بـه منافـذ و رسـيدن بـه سـطحمشترك پوشش/ زيرلايه واكـنش آنـدي ذرات روي و حفاظـت كاتدي فولاد رخ ميدهـد . بـا گذشـت زمـان تجمـع محصـولاتخوردگي روي كه هـدايت الكتريكـي كمـي دارنـد سـطح فعـالذرات روي را ك م م يكن د و رفت ه رفت ه تم اس ذرات روي ب ايكديگر و با زيرلايه قطع مـي شـود . در نهايـت حفـرات بعضـاً بـامحصـ ولات انحـ لال ناپـ ذير خـ وردگي روي يـ ا محصـ ولات خوردگي روي با انحـلال پـذيري كـم پـر مـيشـوند و حفاظـتكاتدي جاي خود را به خاصـيت سـدكنندگي3 مـي دهـد . ازينـرورفتار حفاظتي پوششهـاي غ نـي از روي را بـه دو دوره حفاظـتكاتدي و حفاظت سدي تقسيم ميكنند [1-4].
سيليكاتهاي قليايي غني از روي كه از نظر تاريخي اولـين دسـتهاز پوششهاي غنـي از روي بودنـد رفتـه رفتـه كاربردشـان رو بـهك اهش گذاش ت ام ا اخي را س خت گي ري در اعم ال ق وانين و مق ررات زيس ت محيط ي در اروپ ا و امريك ا ب ار ديگ ر توج هشركتهاي سازنده و مراكز پژوهشـي را از پوشـش هـاي غنـي ازروي پايه حلالي معطوف به سـيليكات هـاي قليـايي غنـي از روي كرده است چرا كه پايه آبـي، بـدون مـواد آلـي فـرار4 و دوسـتمحيط زيستند [5].
طي چند دهه اخير مطالعه بر روي اثر جايگزين كـردن بخشـي ازگرد روي5 با رنگدانههاي كمكي6 از موضوعات مـورد توجـه درزمينه سيليكاتهاي غني از روي بودهاست [4, 6-12]. دليل آنـرااينگونه ميتوان عنـوان داشـت كـه مقـدار روي خـورده شـده دردوره حفاظت كاتدي در مقايسه بـا روي فلـزي اوليـه در پوشـشدرصد اندكي دارد [4]. و از سوي ديگر استفاده از رنگدانـه هـايكمكي ميتوانـد خطـر تـرك خـوردگي گلگونـه7، حبـاب زدنلايههاي رويـين 8 و آزاد شـدن روي بـه محـيط را كـاهش دهـد،جوش پذيري9 را بهبود بخشد و هزينههـاي نسـبتا بـالاي ناشـي ازگرد روي را كم كند [13].
اكسـ يد آهـ ن ميكـ ايي پركـ اربردترين رنگدانـ ه لايـ هاي10 در پوششهاي ضـدخوردگي بـا مكـانيزم سـدكنندگي11 اسـت كـهغيرسمي، غيـر واكـنش دهنـده و بـا پايـداري حرارتـي بالاسـت. ذرات لاي ه اي اي ن رنگدان ه ب ه وس يله جه ت گي ري م وازي ب ا زيرلايه، سدي در مقابل نفوذ الكتروليت به سمت زيرلايـه ايجـادميكنند [12].
در تحقيق حاضر تعدادي پوشش پايه آبي سيليكاتي غني از روي بر پايه پتاسيم سيليكات اصلاح شده با نانوكلوئيد سيليكا (لازم بـهذكر است اصلاح پتاسـيم سـيليكات بـا نانوكلوييـد سـيليكا تـاثيرچشمگيري در بيشتر خـواص پوشـش دارد [10])، گـرد روي بـهعنوان رنگدانه اصلي و اكسـيد آهـن ميكـايي بـه عنـوان رنگدانـهكمكي فرموله شدند. پوششهـا پـس از اعمـال بـر روي زيرلايـهفولادي به منظور ارزيابي عملكرد ضدخوردگي مـورد آزمـايشقرار گرفتند.

مواد و روش تحقيق
مواد اوليه
كليه مـواد اوليـه بـه كـاربرده شـده در تهيـه پوشـشهـا از درجـهتج اري12 و س اخت داخ ل بودن د . محل ول 40% وزن ي پتاس يم سيليكات بـا نسـبت مـولي سـيليكا (2SiO) بـه اكسـيد فلـز قليـايي(K2O) 29:1/3 از ص نايع س يليكات اي ران و محل ول 30% وزن ي نانوكلوئيـ د سـ يليكاي اسـ يدي (4=pH) بـ ا انـ دازه ذرات بـ ين nm20-10 از شركت نانورنگدانه شريف تهيه شـدند . بـه منظـوربالابردن نسبت مولي سيليكا به اكسيد فلز قليايي مقادير مشخصـياز دو محلول با يكديگر كاملا مخلوط شدند تـا رزينـي بـا نسـبتمولي 4:1 به دست آيد. رنگدانههاي اكسيد آهن ميكايي (بيش از 85% ذرات داراي اندازه كوچكتر از µm 44 ) محصول شركت مع ادن س رمك و گ رد روي ب ا ان دازه ذرات ب ين µm 6-4 محصول شركت گـرد روي پـارس مـورد اسـتفاده قـرار گرفتنـد.
جدول (1) درصد وزني اجـزاي پوشـش را در فرمولاسـيونهـايمختلف نشان ميدهد.

جدول (1): درصد وزني اجزا در فرمولاسيونهاي مختلف
نسبت گرد روي به
كل رنگدانه (%) ماده جامد
رزين اكسيد آهن
ميكايي گرد
روي فرمولاسيون
70 12 26/4 61/6 A70
80 12 17/6 70/4 A80
90 12 8/8 79/2 A90
100 12 – 88 A100
80 10 18 72 B80
90 10 9 81 B90

آماده سازي نمونهها
قطعاتي از جنس فولاد SAE 1010 تميزكاري شده با پاشش13 بـازبري متوسط µm 25 و ابعاد 3cm 2/0×8×15 به عنـوان زيرلايـهمورد استفاده قـرار گرفتنـد و پـيش از اعمـال پوشـش بـا اسـتون، چربي زدايي شدند. اجـزاي مختلـف پوشـش كـاملا بـا يكـديگرمخلوط شدند و پوششها توسط فيلم كش قابل تنظيم14 بـر روي زيرلايـ ـههـ ـا در دو سـ ري ضـ خامتµm 10±70 (سـ ريI) و µm 10±100 (سريII) اعمال شدند. به منظور حصول اطمينان از كامل شدن فرآيند پخـت ،15 نمونـههـا بـه مـدت 10 روز پـيش ازشروع آزمونها درشرايط آزمايشگاهي نگهداري شدند.
آزمونهاي آزمايشگاهي
براي بررسي توپوگرافي سطح پوششها از ميكروسكوپ نيـروي
اتمـيEasyscan 2 (Nanosurf AG) سـاخت سـوئيس اسـتفادهش د. آزم ون خ وردگي ش تاب يافت ه (م ه نمك ي)16 در ك ابين B.AZMA CTS-114D ساخت ايران بر روي پوششهاي سـري I به مدت 1000 ساعت و بر اساس اسـتانداردASTM B117-03 انجــام گرفــت . جهــت بررســي توانــايي حفــاظتي پوشــشهــا، خراشهاي متقاطعي17 بر روي آنها ايجاد گرديد كه بـه زيرلايـهمنتهي ميشدند. در پايان، ارزيابي عملكرد براساس ميزان تـاول 18 و زنگ زدگي و رشد (خـزش ) زنـگ 19 در خـراش هـا و نـواحيخـــارج آن مطـــابق بـــا اســـتانداردهايASTM D1654-08 ،
ASTM D610-01 و ASTM D714-02 انجـام گرفـت. پـس ازآن از هر يك از پوششهاي سري I، يك ناحيه عاري از عيـب وزنگ زدگـي انتخـاب شـد و بـر روي آن آزمـون طيـف سـنجيامپــدانس الكتروشــيميايي در روز آغــازين و پايــاني يــك دوره1000 س اعته غوط ه وري20 در محل ول س ديم كلري د (س اخت Merck ) 5/3% صورت پذيرفت. پوششهاي سري II، تنها مورد آزمايش طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي قـرار گرفتنـد كـهطول دوره آن 1800 ساعت و در معرض همان الكتروليت بود.
مساحت درمعرض الكتروليت در اين آزمون 2cm 2 بود. در يك سيستم پيل استاندارد سه الكترودي، نمونههاي پوشـش داده شـدهنقش الكترود كار، نقره/كلريد نقره اشباع نقش الكترود مرجـع وميلهاي از جنس پلاتين، نقش الكترود كمكي را ايفا ميكردند.
اين آزمون بـا اسـتفاده از دسـتگاهAutolab PGSTAT 302N و تحليلگر پاسخ فركانس FRA2 حول پتانسـيل آزاد خـوردگي بـادامنــه mV 10 و در محــدوده فركانســيkHz 100 تــا mHz 10 انجام شد. پتانسيل آزاد خوردگي نيـز بـا اسـتفاده از همـان پيـل وتجهيزات در طول دوره آزمونهاي الكتروشيميايي ثبت مـي شـد . پيلهاي الكتروشيميايي پوششهاي سري II پس از 1800 ساعت از الكتروليت خالي شد و به پوششها به مدت يـك هفتـه اجـازهداده شد تا به صورت طبيعي خشك شوند. سپس الكتروليت تازه در پيلها ريخته شد و انـدازه گيـري پتانسـيل 24 سـاعت پـس ازريختن الكتروليت جديد انجام گرفت.

نتايج و بحث
3-1- مطالعه توپوگرافي سطح
شكل (1) تصوير ميكروسكوپ نوري نمونـ ه را از سـطح پوشـشII-A80 از نمــ اي بــ الا نشــ ان مــ يدهــ د. در ايــ ن شــ كل رنگدانههاي كروي روي و لايه اي اكسيد آهـن ميكـايي كـه بـهص ورت تص ادفي در س اختار پراكن ده ش ده ان د، قاب ل مش اهده هستند.

شكل (1): تصوير ميكروسكوپ نوري از سطح پوشش II-A80 از نماي بالا.

شكل (2) تصـاوير دوبعـدي و سـه بعـدي ميكروسـكوپ نيـروياتمي را از سطح همان پوشش به تصوير ميكشد. در اين تصـاويرقلههاي روشن رنگدانهها هستند كه از سطح پوشش بيرون زدهاند

شكل (3): تغييرات پتانسيل پوششهاي سري I با زمان.

شكل

)
2
(
:

تص
ا
ميكروسكوپ

وير

از

اتمي

نيروي

پوشش

سطح
II-A80

.

شكل

)

2

(

:

تص

ا

ميكروسكوپ

وير



قیمت: تومان


پاسخ دهید