Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Edris,Kaivan Raissi
حسین ادریس (استاد راهنما) کیوان رئیسی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Sanati Sichani
علیرضا صنعتی سیچانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Characterization and investigation of corrosion mechanism of fine grain stainless steel coating produced by cathodic arc evaporation and magnetron sputtering
In this research, cathodic arc evaporation and magnetron sputtering as two instances of PVD methods were used for deposition of a thin film of stainless steel on a carbon steel substrate. Structure and grain size of the coatings were evaluated by SEM and FE-SEM methods. Composition of the coatings was assessed by EDS analysis. Also, corrosion tests such as potentiodynamic and potentiostatic polarization, cyclic polarization, electrochemical impedance spectroscopy and mott-schottky analysis were performed in 3.5 wt. % NaCl and 2 M sulphuric acid solutions as corrosive environments. In addition, for investigation of mechanical behavior of the coatings, used from Vickers indenter for evolving the coatings adhesion and calculating their fracture toughness. Also, nano-indention tests were used for measuring hardness, elastic modules and impactability of the coatings. In the nano-indention test observed that the magnetron sputtered coating had 889 Vickers hardness that is much higher than bulk 304 stainless steel with 220 Vickers hardness. In addition, EDS analysis showed that the magnetron sputtered coating composition was close to the target material. Although, because of the evaporation condition in the cathodic arc evaporation method, a composition difference between target and coating and coating matrix and growth defects was detected. The growth defects were effective at the corrosion behavior of the coating. Potentiostatic and mott-schottky results showed that decreasing chromium during deposition in cathodic arc system resulted to the formation of a weak oxide layer for the coating. So that in NaCl solution because of the presence of Cl - ions, the formation of a passive layer was only possible on needle-like growth defects with high chromium and nickel content and in sulphuric acid solution extent of the passive region was decreased than bulk 304 stainless steel. Keywords: stainless steel coating; cathodic arc evaporation, sputtering; corrosion
ایجاد پوششی از فولاد زنگ نزن به روش های رسوب فیزیکی بخار می تواند منجر به ایجاد ساختاری سخت و دانه ریز همراه با چقرمگی شکست و رفتار خوردگی مطلوب شود. در این پژوهش، دو روش پوشش دهی قوس کاتدی و پراکنش مغناطیسی به عنوان دو مورد از روش های رسوب فیزیکی بخار، در شرایط نزدیک به هم و برای ایجاد لایه نازکی از بخار فولاد زنگ نزن AISI 304 در خلأ، بر روی زیرلایه فولاد کربنی استفاده شدند. ساختار و اندازه دانه پوشش ها به کمک تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی و میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی بررسی شدند. به منظور ارزیابی رفتار مکانیکی پوشش ها از بررسی اثر فرورونده ویکرز برای چسبندگی و محاسبه چقرمگی شکست و آزمون نانو فرورونده برای سختی، مدول الاستیک و ضربه پذیری پوشش ها استفاده شد. در آزمون نانو فرورونده مشاهده شد که به دلیل ساختار نانو دانه پوشش حاصل از پراکنش مغناطیسی، سختی برابر 889 ویکرز شد که به طور قابل توجهی نسبت به سختی پوشش حاصل از قوس کاتدی (393 ویکرز برای زمینه) و فولاد زنگ hy;نزن بالک 304 (220 ویکرز) افزایش یافت. نتایج آزمون EDS نشان داد که ترکیب پوشش ایجاد شده به روش پراکنش مغناطیسی بسیار نزدیک به ترکیب ماده هدف است، در حالی که در سیستم تبخیری قوس کاتدی، اختلاف ترکیب بین ماده هدف و زمینه پوشش و هم چنین عیوب رشد پوشش دیده شد. از آزمون های خوردگی شامل آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، پتانسیل ثابت، پلاریزاسیون چرخه ای، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و آنالیز موت- شاتکی به منظور بررسی مکانیزم خوردگی پوشش در دو محیط کلرید سدیم 5/3 درصد وزنی و اسید سولفوریک 2 مولار استفاده شد. مشاهده شد که عیوب رشد پوشش به شدت بر رفتار خوردگی آن در هر دو محیط تأثیرگذار بوده و باعث تشدید شرایط خوردگی آن شده است. در محیط کلرید سدیم، خوردگی موضعی به صورت میکروشیاری در اطراف عیوب رشد و اختلاف ترکیب عیوب رشد با زمینه پوشش، باعث احراز شرایط خوردگی میکرو گالوانیکی شد، در حالی که در محیط اسید سولفوریک، کنده شدن عیوب رشد به دلیل خوردگی شدید رخ داد که نهایتاً منجر به تشکیل یک پیل گالوانیکی بین زیرلایه و پوشش شد. در محیط اسید سولفوریک نتایج آزمون پتانسیل ثابت و آنالیز موت- شاتکی نشان داد که کاهش درصد کروم حین پوشش دهی با سیستم قوس کاتدی باعث تضعیف لایه رویین پوشش نسبت به فولاد بالک 304 شده است. در محیط کلرید سدیم نیز مشاهده شد که به دلیل کاهش درصد کروم پوشش حین پوشش دهی و وجود یون های کلرید، امکان تشکیل یک لایه رویین محافظ بر روی زمینه پوشش وجود نداشته است، در حالی که عیوب رشد سوزنی شکل با درصد کروم بیش تر لایه رویین تشکیل داده اند و تحت خوردگی حفره ای قرار گرفتند. کلمات کلیدی فولاد زنگ نزن- پوشش دانه ریز- پراکنش مغناطیسی- قوس کاتدی- خوردگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی