بررسی رفتار خوردگی و تریبوخوردگی فولاد زنگ نزن 316 ا ل با پوشش های رسوب فیزیکی بخار تیتانیوم/نیترید تیتانیوم وتیتانیوم/کربونیتریدتیتانیوم در محلول رینگر

STUDENT

DEGREE

YEAR

The aim of this study was evaluation of corrosion and Tribocorrosion resistance of stainless steel 316 L with physical vapor deposited Ti/TiN and Ti/TiCN coatings in Ringer’s solution. The characterization tests of surface after deposition process showed hardness values about 2600 and 3770 Vickers for Ti/TiN and Ti/TiCN coatings, respectively, face centered cubic structures and same (220) growth preferred orientations. The potentiodynamic polarization readings showed decrease of corrosion current density by factors of 9 and 30 and increase of breakdown potential by factors of 3 and 2 for Ti/TiN and Ti/TiCN coatings in respect to the substrate, respectively. The titanium intermediate layer has caused to increase the corrosion resistance of the substrate with blocking the structural defects in top coatings such as pinholes and porosities. The results of tribocorrosion tests at open circuit potential showed a lower potential drop for the coatings due to their nobler electrochemical behavior, and also, lower decreases in anodic and cathodic currents in potentiostatic tests because of their higher hardness and electrochemical resistance. However, Ti/TiCN coating demonstrated a better behavior than Ti/TiN due to its higher hardness and electrochemical resistance. Also, the evaluation of track area after tribocorrosion tests indicated on decrease of track width for coated samples, especially for Ti/TiCN coating which was due to its more hardness and corrosion resistance. Moreover, the decrease of lost mass due to deposition of mentioned coatings, especially Ti/TiCN coating, in comparison with substrate was proved using roughness metering test. It was found that the synergy between corrosion and wear is an important factor which determines the lost mass of the coated samples when compared to316Lstainless steel. This parameter was 43, 77.5 and 78.8% of the total destruction for 316Lstainless steel, Ti/TiN and Ti/TiCN coated samples, respectively. However, the destruction due to mechanical process was 57, 22 and 21% of the total damage for the mentioned samples, respectively. According to the results obtained, applying Ti/TiN and Ti/TiCN coatings had significant effects on enhancement the corrosion and tribocorrosion behavior of 316Lstainless steel substrate due to the decrease of mechanical damage and anodic dissolution of surface. Keywords Corrosion, Tribocorrosion, PVD coating, Stainless steel, Ti/TiN, Ti/TiCN

هدف پژوهش حاضر، بررسی مقاومت خوردگی و تریبوخوردگی فولاد زنگ نزن 316 ال با پوشش های رسوب فیزیکی بخار تیتانیوم/نیترید تیتانیوم و تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم در محلول رینگر بوده است. آزمون های مشخصه یابی سطح پس از فرایند رسوب دهی مقادیر سختی 2600 و 3770 ویکرز را به ترتیب برای پوشش های تیتانیوم/نیترید تیتانیوم و تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم با ساختار های مکعبی با وجوه مرکزدار همراه با جهت های ترجیحی مشابه (220) نشان دادند. نتایج آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک کاهش 9 و 30 برابری را برای چگالی جریان خوردگی و افزایش 3 و2 برابری را برای پتانسیل شکست به ترتیب برای پوشش hy;های تیتانیوم/نیترید تیتانیوم و تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم نسبت به زیرلایه نشان دادند. لایه میانی تیتانیومی با مسدود نمودن عیوب ساختاری پوشش های رویی از جمله حفره های سوزنی و تخلخل ها باعث افزایش مقاومت به خوردگی زیرلایه شده است. نتایج آزمون تریبوخوردگی در شرایط پتانسیل مدار باز کاهش افت پتانسیل بواسطه رفتار الکتروشیمیایی نجیب تر پوشش ها و همچنین کاهش جریان های آندی وکاتدی به دلیل سختی بالاتر و مقاومت الکتروشیمیایی بیشتر آن ها در آزمون های پتانسیواستاتیک آندی و کاتدی را نسبت به زیرلایه نشان داد، هرچند پوشش تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم نسبت به پوشش تیتانیوم/نیترید تیتانیوم رفتار مناسب تری را به دلیل سختی و مقاومت الکتروشیمیایی بیشتر اثبات نمود. همچنین ارزیابی نواحی شیار حاصل از آزمون های تریبوخوردگی کاهش عرض شیار را برای نمونه های پوشش دار مخصوصا پوشش تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم به دلیل سختی و مقاومت خوردگی بیشتر نشان داد. به علاوه کاهش جرم از دست رفته بواسطه اعمال پوشش های مذکور، به ویژه پوشش تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم نسبت به زیرلایه بدون پوشش توسط آزمون زبری سنجی اثبات شد. مشخص شد که پارامتر هم افزایی بین سایش و خوردگی تاثیر بسزایی در کاهش جرم نمونه های پوشش دار نسبت به نمونه فولاد زنگ نزن 316 ال داشته است، بطوری که این پارامتر برای نمونه فولاد زنگ نزن 316 ال و نمونه های پوشش دار تیتانیوم/نیترید تیتانیوم و تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم به ترتیب 43%، 5/77% و 8/78% از کل تخریب بوده است. این در حالی است که تخریب ناشی از فرایند مکانیکی به تنهایی، 57%، 22% و 21% از کل تخریب را برای نمونه های مذکور باعث شده است. با توجه به نتایج حاصل، اعمال پوشش های تیتانیوم/نیترید تیتانیوم و تیتانیوم/کربونیترید تیتانیوم تاثیر قابل توجهی در بهبود رفتار خوردگی و همچنین تریبوخوردگی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال به دلیل کاهش تخریب مکانیکی و انحلال آندی سطح داشتند. کلمات کلیدی: خوردگی، تریبوخوردگی، پوشش رسوب فیزیکی بخار، فولاد زنگ نزن، Ti/TiN و Ti/TiCN.