تبلیغات
×وبلاگ تخصصی مهندسی مواد × - خوردگی موضعی قلیایی آلیاژ آلومینیوم 5083 در محلول سدیم کلراید 5/3 درصد
نویسنده :Hadi yekrangian
تاریخ:پنجشنبه 3 تیر 1389-11:04 ب.ظ
نوع مطلب : مطالب علمی 
خوردگی موضعی قلیایی آلیاژ آلومینیوم 5083 در محلول سدیم کلراید 5/3 درصد

چکیده

در این مقاله فرآیند خوردگی آلیاژ 5083AA در یک محلول هوا دار 5/3 درصد سدیم کلراید بررسی  شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که عامل اصلی تغییر آلیاژ در تماس با محلول،  به خوردگی موضعی اطراف رسوب های کاتدی موجود در آلیاژ ارتباط دارد که در حقیقت این موضوع  پیامدی از قلیایی شدن محیط در اطراف این رسوب ها می باشد. حفرات تشکیل شده در این حالت از لحاظ مور فولوژی نیمه کروی می باشند که  از حفرات کریستالوگرافیک متمایز  هستند. در این آلیاژ  تحت شرایط ذکر شده حتی  برای نمونه هایی که برای مدت زمان طولانی تحت آزمایش قرار گرفته اند حفرات کریستالوگرافیک مشاهده نشده است. برای شکل گیری حفرات کریستالوگرافیک لازم است که آلیاژدر حد پتانسیل جوانه زدن حفره پلاریزه شده و علاوه بر آن دانسیته جریان از میزان بحرانی بیشتر باشد. فقط در حالتی که لایه اکسیدی روی آلیاژ از بین        می رود، حفرات کریستالوگرافیک در تماس با محلول هوا دار سدیم کلراید 5/3% شکل می گیرند.


مقدمه

خوردگی حفره ای آلیاژهای آلومینیوم فرآیند پیچیده ای می باشد که توسط فاکتور های محیطی مختلفی از قبیل pH ، دما، نوع آنیون موجود در محلول یا خواص فیزیکی- شیمیایی لایه پسیو تحت تأثیر قرارمی گیرد[1]. جذب یون های مهاجم از قبیل یون کلر  به درون عیوب موجود در لایه محافظ و نفوذ در این لایه و انباشتگی این یون ها در عیوب، از عوامل  مهم و اصلی جوانه زنی حفرات می با شند [2-4] محققین دیگری پیشنهاد  نموده اند، حفرات ایجاد شده می توانند ناشی از فرآیند هیدرولیز باشندکه باعث افزایش میزان pH به صورت موضعی شده و در  نهایت مانع از پسیو شدن  مجدد سطح فلز می گردد[5] . عوامل دیگری در رابطه با حساسیت  آلومینیوم به خوردگی حفره ای و دیگر انواع خوردگی موضعی وجود دارند که در حقیقت به طبیعت      الکتروشیمیایی فازهای بین فلزی  موجود در آنها مربوط می باشند[6-8]. با توجه به این موضوع  رفتار مشاهده شده در مورد خوردگی آلومینیوم به اختلاف پتانسیل فاز زمینه وذرات بین فلزی موجود در آلیاژ مربوط است [9-13] . در مرجع[8] بیان شده است حضور آخال های فلزی ای که نسبت به فاز زمینه نجیب تر می باشند سبب  کاهش مقاومت آلیاژ به خوردگی شده اند. این آخال ها به واسطه فعالیت و خاصیت کاتدی که از خود نشان می دهند باعث تحریک و انجام واکنش های آندی شده و موجب  خوردگی فاز زمینه می شوند [14-15] . اولین تحقیق  صورت گرفته بر روی این مطلب، مطالعه تأثیر حضور آخال های Al 3 Fe بر روی رفتار خوردگی     آلیاژ ها بوده است [16-17] طبق مطالعات انجام شده، حضور رسوب های Al 3 Fe  موجب افزایش حساسیت آلیاژ به خوردگی حفره ای شده است. افزایش موضعی pH به سبب  واکنش احیاء اکسیژن می باشد که باعث  تشکیل حفرات در اطراف ذرات بین فلزی می گردد. در مرجع [18] تحقیقات صورت گرفته به منظور تعیین  میزان  pH در اطراف آخال های Al 3 Fe  متمرکز شده است.

خوردگی ایجاد شده در اطراف کا تد های بین  فلزی باعث تشکیل حفرات قلیایی می شود که در مرجع [15] به آنها اشاره شده است. این نوع از حفره دار شدن در زیر پتانسیل های جوانه زنی و پسیو شدن مجدد  رخ          می دهد. از اطلاعات موجود در مقالات مختلف می توان در یافت که رابطه واضح و مشخص بین این نوع از هجوم وحفره دار شدنی که به حفره دار شدن کریستالوگرافیک موسوم است وجود ندارد. در حقیقت حفرات کریستالوگرافیک زمانی شکل می گیرند که آلیاژ به پتانسیل جوانه زنی  حفره برسد. در مقاله حاضر فرآیند خوردگی  آلیاژ AA5083 در محلول هوا دار سدیم کلراید 5/3%  مورد بحث قرار گرفته است. تحقیقات در جهت مطالعه ویژگی ها، شرایط تشکیل حفره ها و مورفولوژی خوردگی که در پتانسیل مدار باز (OCP) رخ داده، متمرکز شده است.

آزمایش ها

ماده  مورد مطالعه نمونه های  آلیاژ آلومینیوم -  منیزیم AA5083))  می باشد که ترکیب شیمیایی آن در جدول زیر  آمده است:

نمونه هایی از آلیاژAA5083 به ابعاد 5*20*20  میلی متر به صورت مکانیکی توسط کاغذ سمباده (همراه با آب) با جنس SiC و با شماره های  220و500 سمباده شده و مورد آزمایش قرار گرفتند. قبل از انجام آزمایش یعنی بعد از عملیات سمباده زنی، نمو نه ها توسط اتانول وبا درصد خلوص 99% چربی زدایی شده، سپس با آب مقطر کافی شستشو داده شده اند. در مواردی که لازم است محصولات خوردگی برداشته شوند، بایستی نمونه ها در معرض اسید نیتریک 70% برای برای مدت 2 دقیقه قرار گیرند و سپس با آب مقطر کافی شستشو شوند.

برای انجام آزمایش و ایجاد محیط خورنده با خورندگی متوسط، محلول سدیم کلراید 5/3% هوادار با میزان 5/5 = pH تهیه شده است. این محلول  با حل  کردن 1/0 ± 5/3 درصد وزنی سدیم کلراید در1/0 ± 5/96 در صد آب مقطر ساخته می‌شود.

آزمایش های غوطه وری در دمای 303 درجه کلوین و در یک سل ساخته شده توسط استاندارد ASTM_G31 انجام گرفته است[19]. برای هر آزمایش دو سل و دوازده نمونه مورد نیاز بوده است که نمونه ها برای مدت زمان  1تا30 روز درون محلول قرار گرفته اند. تصاویرSEM به دست آمده توسط یک میکروسکوپ روبشی  (JEOL 820sm) مجهز به آنالیز گر انرژی (LINK  AN -10000) گرفته  شده است. تصاویر میکروسکوپ نوری با میکروسکوپNikon Optiphot Metallogeraphic مجهز به دوربین (sony model iris) CCD متصل به یک کامپیوتر گرفته شده است.

آزمایش ها و محاسبات الکتروشیمیایی در سلول تخت  EG&G   k235   Parc متصل به یک پتانسیوستات مدل Solarton 1278  انجام گرفته است. الکترود  مرجع مورد استفاده یک الکترود Ag/AgCl ( 52-40 Crison )   بوده که محدوده پتانسیل استفاده از آن با توجه به در نظر گرفتن NHE ، -0/207 V می باشد.

نتایج و بحث

1- ویژگی ها و مشخصات ریز ساختار آلیاژ  5083 AA

برای  شناسایی انواع مختلف ذرات بین فلزی حاضر در آلیاژAA5083  نمونه هایی از این آلیاژ پرداخت    آینه ای (پولیش با کیفیت بالا) شده و سپس توسط میکروسکوپ نوری و اسپکتروسکپی (طیف سنجی)SEM  و EDS مورد مطالعه قرار گرفته اند. با به کارگیری میکروسکوپ روبشی سه نوع مختلف ذره بین فلزی شناسایی شده اند که ترکیب این ذرات توسط اسپکتروسکپی EDS مشخص شده است( شکل1) نتایج به دست آمده نشان می دهد که ذرات نشان داده شده در شکل 1(a) اغلب شامل Al , Fe , Cr  و در شکل 1(b )  عموما" شامل Mg،Si و در شکل1(c) غالبا" Mg,Al می باشند. ترکیب به دست آمده برای  این ذرات بین فلزی با مشاهدات محققین دیگر برای این آلیاژمطابقت داشته است[20-21]. علاوه بر تفاوت در ترکیب عناصر موجود در این ذرات ، نکته قابل ملاحظه دیگری نیز وجود دارد که وجود اختلاف زیاد در ابعاد این ذرات بین فلزی می باشد.

 

شکل .1.  تصاویر SEM ذرات بین فلزی مختلف شناسایی شده در نمونه های آلیاژAA5083 با پر داخت آینه ای.

طیف های EDS ثبت شده از  (a) Al (Mn,Fe , Cr) ، (b) Al –Mg (c) , Al ( Si –Mg)

به طور مثال در مورد رسوب های  Al (Mn,Fe , Cr) مشخص شده است که اندازه  ذرات در دو گروه توزیع شده اند، دسته اول ذراتی با اندازه ای در حدود 100 میکرو متر مربع، در حالی که مساحت سطوح  دسته دوم تقریبا" 1 میکرومتر مربع بوده است. اندازه ذراتAl ( Si - Mg )  تقریبا" 30 میکرو متر مربع بوده و ذرات         Al –Mg  دارای اندازه ای تقریبی در حدود  6 میکرو متر مربع  می باشد. تفاوت دیگری از لحاظ تعداد ذرات حاضر از هر ترکیب بین فلزی بر واحد سطح وجود دارد، بیشترین فراوانی مربوط به ذراتAl (Mn,Fe , Cr)    می باشد، در حالی که کم ترین فراوانی مربوط به ذراتAl – Mg  است. شکل (a)2  تصویری از یک نمونه آلیاژ AA 5083  را که به صورت آینه ای پرداخت شده و با یک میکروسکوپ متالوگرافی از آن عکسبرداری شده است را به نمایش می گذارد. در این شکل رسوب Al (Mn,Fe,Cr) به صورت نقطه تاریک مشخص شده است  ( نقطه1 ) و رسوبAl ( Si - Mg )  به صورت نقطه روشن تر( نقطه2 )  دیده می شود. باید توجه داشت که شناسایی رسوب های  Al – Mg  توسط میکروسکوپ نوری به علت ریز بودن اندازه شان و همچنین مشابه بودن رنگ آن ها با فاز زمینه مشکل می‌باشد. به  منظور قابل رویت شدن آن لازم می باشد که فرآیند اچ انجام گیرد، مطابق شکل( b)2 ، این رسوب ها در نمونه هایی که توسط اسید نیتریک به مدت 1 ثانیه اچ شده اند، دیده      می شوند.

 

شکل 2. تصاویر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی(a)200X   نمونه پولیش شده با پرداخت آینه ای  (b)  اچ شده برای مدت 10 ثانیه در اسید نیتریک 10%،  ذرات بین فلزی مشخص شده عبارتند از:

Si – Mg(3) , Al (Si-Mg) (2) , Al (Mn,Fe , Cr)

2- مطالعه رفتار نمونه های آلیاژ AA5083 در محلول سدیم کلرید 3/5% توسط اسپکتروسکوپی       EDS/SEM

در این بخش نتایج رفتار نمونه های آلیاژ AA5083 که در محلول هوا دار سدیم کلراید3/5 %  قرار گرفته اند و توسط اسپکتروسکپی SEM/EDS به دست آمده اند، گنجانده شده است. فاصله های زمانی آزمایش ها متفاوت بوده است و از 1 تا 30 روز بوده اند.  نمونه های تحت آزمایش در دو مرحله،  ابتدا قبل از برداشتن محصولات خوردگی و سپس بعد از برداشتن محصولات خوردگی (توسط اسید نیتریک 70 % ) مورد مطالعه قرار گرفته اند. شکل 3 (a) تصویرSEM   نمونه را بعد از انجام آزمایش( غوطه وری  برای مدت زمان یک روز)  نشان می دهد. با اینکه  مدت انجام آزمایش کوتاه بوده است ولی خوردگی موضعی(حمله موضعی) بر روی نقاط مختلفی از سطح نمونه قابل مشاهده است.

 

شکل 3 (a) تصویر SEM  بدست آمده از یک نمونه آلیاژ AA5083  بعد از غوطه وری به مدت 24 ساعت در یک محلول هوا دار سدیم کلراید 3/5 درصد (b) تصویر SEM  یک رسوب Al (Mn,Fe , Cr) (c) طیف EDS  ساطع شده از رسوب Al (Mn,Fe , Cr)

شکل 4 (a) تصویر SEM  بدست آمده از ذره بین فلزی  Al ( Si- Mg )  در یک نمونه آلیاژ AA5083  بعد از غوطه وری به مدت 24 ساعت در یک محلول هوا دار سدیم کلراید 3/5 درصد (b) طیف  EDS ساطع شده از رسوبAl ( Si- Mg )

شکل 3(b) در بزرگنمایی بیشتر  نشان می دهد که برای این مدت زمان(24 ساعت) غوطه وری، حمله به صورت موضعی در مناطق مجاور رسوب های به خصوصی در فاز زمینه به وجود آمده است. طیف های انرژی ثبت شده توسط اسپکتروسکپیEDS  برای این رسوب ها] شکل 3 (c )[ حمله موضعی در مناطقی که       رسوب های Al (Mn,Fe , Cr)  وجود دارند را نشان می دهد. ویژگی دیگر این نمونه ها تشکیل حفرات         می باشد(شکل 3 (b )) که منشأ و عامل به وجود آمدن آنها در همین مقاله مورد بحث قرار می گیرد. این موضوع بسیار اهمیت دارد که در مدت زمان یاد شده غوطه وری(24 ساعت)، هیچ گونه خوردگی ای برای فاز زمینه و نواحی مجاور انواع رسوب های دیگر که در آلیاژ موجود می باشند، مشاهده نشده است( شکل 4 ).

نتایج به دست آمده از این مقاله به میزان زیادی به دلیل استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی بوده است                ( شکل 5 ( a )). تصویری از یک نمونه(نمونه ای به غیر از نمونه های مورد آزمایش قرار گرفته) که به صورت آینه ای پرداخت شده است را نشان  می دهد. شکل 5 (b) تصویری از همان نمونه را بعد از غوطه وری در محلول به مدت 72 ساعت نشان می دهد هر دو تصویر دقیقا" از مناطق مشابه ای از نمونه گرفته شده اند تا با مقایسه آنها ارزیابی مناسبی از رفتار هر یک از انواع رسوب ها به دست آید. مقایسه وضعیت رسوب              Al( Mn,Fe,Cr )  که با عدد 1 در هر دو  شکل مشخص شده ، نشان می دهد که فرآیند خوردگی تغییرات قابل ملاحظه ای در اطراف آن به وجود آورده است. در حالی که برای رسوب Al ( Si - Mg)  که با عدد 2 در هردو  شکل مشخص می باشد، در عمل تغییری ایجاد نشده است (منظور فاز اطراف رسوب است).