SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Fakhreddin Ashrafizadeh
کیوان رئیسی (استاد مشاور) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Salar Fatoureh Bonabi
سالار فتوره بنابی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Evaluation of corrosion behavior of zinc and aluminum coatings produced by thermal spraying on cast iron substrate
Despite many advantages of ductile iron pipelines, they are susceptible to corrosion and must be protected against it. Customary protection solution is to apply sacrificial metal coatings such as zinc and aluminum and arc spraying, as one of thermal spray methods, has been vastly used for such coatings in recent years. In this research, coatings made up of pure zinc, Aluminum, individual layers of them and co-spray of zinc-aluminum were applied on ductile cast iron substrate through arc-spray process. In order to investigate the effect of coating thickness on corrosion protection and mechanical performance, samples were prepared in two approximate thicknesses; 50 and 100 µm. Scanning electron micrographs of coatings cross sections revealed crack-free coatings with intimate contact with the substrate and low oxide content. For evaluation of coating adhesion to cast iron substrate, bending tests were carried out on typical samples; the co-sprayed sample of 50µm and the double layer coating showed the best and lowest performance, respectively. The co-sprayed samples had the ability of bending up to 28 degrees. Results of micro-hardness testing indicated that the maximum and minimum values of hardness belong to aluminum coating and zinc coating of 100µm thickness, respectively. With thickness increase in aluminum, the hardness rose and in zinc coatings decreased. In the case of co-sprayed samples, the increase in thickness, did not have significant change in hardness values. In order to evaluate the corrosion behavior of samples with and without coating, potentiodynamic cyclic polarization test in 3.5% (wt) NaCl and salt mist tests were employed. The results indicated higher rate of corrosion of aluminium and zinc coatings compared with their bulk metal, due to penetration of corrosive solution through surface porosities to the interface and formation of galvanic cell. Zinc coated samples and its uniform corrosion trend resulted in proper sacrificial corrosion performance. On the other hand, aluminium, by aggregation of corrosion products in porosities and confining entrance of corrosion agents to coating, protected the substrate. But by progression of test, pitting corrosion had occurred on its surface. The corrosion behavior of double layer samples was similar to aluminium but in its pitting corrosion sites, zinc acted its sacrificial performance and protected the substrate against corrosion. Thus, double layer sample had lowest corrosion current density. The results of salt spray test during 750 hours showed that after 70 hours, the surface of ductile iron sample, was completely corroded. But no signs of red rust was noticed in all test long on the surface of coated samples. Corrosion signs were observed at the corners of aluminium coated samples after 500 hours. The corrosion trend of double layer coated sample was similar to aluminum without signs of corrosion at corners. Co-sprayed samples corrosion trend was just darkening the surface of sample and had better performance. Keywords: Ductile cast iron, Thermal spraying, Corrosion behavior, Zinc coating, Aluminium coating.
لوله های انتقال آب از جنس چدن داکتیل با وجود مزایای متعدد، در برابر خوردگی مصون نبوده و با توجه به شرایط پیچیده خوردگی در محیط کاری، باید محافظت شوند. روش متداول حفاظت از لوله ها اعمال پوشش های فداشونده و محافظ از جمله فلز روی و فلز آلومینیوم بر سطح آنهاست و در سالهای اخیر استفاده از روش پاشش حرارتی جهت اعمال این پوشش ها مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش پوشش هایی از فلز روی خالص، آلومینیوم خالص تجاری، پوشش روی-آلومینیوم به صورت دولایه و نیز به صورت پاشش همزمان، با استفاده از فرایند پاشش قوس الکتریکی بر زیرلایه چدن داکتیل اعمال گردید. به منظور بررسی اثر ضخامت پوشش بر عملکرد خوردگی و چسبندگی پوشش، نمونه ها در دو ضخامت تقریبی 50 و 100 میکرومتر تهیه شدند. تصاویر سطح مقطع پوشش ها نشان داد که پوشش ایجاد شده، بدون ترک و با میزان تخلخل و اکسید نسبتاً کم است. برای ارزیابی میزان چسبندگی پوشش ها به زیرلایه، از آزمون hy;های خمش سه نقطه ای و ریزسختی سنجی استفاده شد. نتایج سختی سنجی نشان داد که بیشینه و کمینه سختی به ترتیب مربوط به نمونه پوشش آلومینیوم با ضخامت متوسط 100 میکرون و پوشش روی با ضخامت 100 میکرون است؛ در نمونه پاشش همزمان روی-آلومینیوم افزایش ضخامت اثر قابل توجهی بر سختی نشان نداد. با توجه به معیار های آزمون خمش سه نقطه ای، نمونه پاشش همزمان روی-آلومینیوم با ضخامت متوسط 50 میکرون به عنوان چسبنده ترین پوشش و نمونه پوشش دولایه روی-آلومینیوم به عنوان سست ترین پوشش تعیین گردید. به منظور ارزیابی رفتار خوردگی آزمون های پتانسیودینامیک پلاریزاسیون سیکلی و پاشش (مه) نمک بر نمونه ها و زیرلایه چدن داکتیل بدون پوشش به عنوان مرجع مقایسه اعمال گردید. نمونه های فلز روی با روند خوردگی یکنواخت خود، عملکرد فداشوندگی خوبی را در حفاظت از زیرلایه نشان دادند. از طرف دیگر نمونه های با پوشش آلومینیوم بوسیله تجمع محصولات خوردگی و مسدود نمودن تخلخل پوشش و جلوگیری از نفوذ عوامل خورنده از زیرلایه حفاظت نمودند، اما با ادامه روند آزمون پلاریزاسیون سیکلی، نشانه های خوردگی حفره ای در سطح نمونه پدیدار گردید. نمونه با پوشش دولایه رفتاری مشابه با پوشش آلومینیوم از خود به نمایش گذاشت اما نکته قابل توجه وارد عمل شدن فلز روی در مناطق دچار خوردگی حفره ای پوشش است که سبب گردید کمترین چگالی جریان خوردگی مربوط به این نمونه باشد. در مورد پاشش قوسی همزمان روی-آلومینیوم، عملکرد و فرایند حفاظتی هردو پوشش روی و آلومینیوم بطور همزمان اتفاق افتاد؛ در سطح پوشش فلز روی با خوردگی یکنواخت بصورت فداشونده و فلز آلومینیوم با تشکیل لایه روئین مقاوم در برابر خوردگی از زیرلایه حفاظت نمودند. نتایج آزمون پاشش نمک به مدت 750 ساعت نشان داد که سطح زیرلایه پس از 70 ساعت از شروع آزمون، به طور کامل خورده شد. نمونه های آلومینیوم پس از 500 ساعت، از گوشه ها شروع به خوردگی نمودند، اما سطح پوشش نشانی از زنگ قرمز نشان نداد. بر سطح نمونه های فلز روی زنگ سفید تشکیل گردید اما تا پایان آزمون، اثری از زنگ قرمز نبود. روند خوردگی نمونه دولایه روی-آلومینیوم، مشابه نمونه های آلومینیوم بدون خوردگی در گوشه ها بود. نمونه های پاشش همزمان روی-آلومینیوم روند کدر شدن کمتری نسبت به بقیه نمونه ها داشت و اثر خوردگی بر سطح آنها کمتر بود. واژگان کلیدی : چدن، پاشش حرارتی، رفتار خوردگی، پوشش روی، پوشش آلومینیوم.