SUPERVISOR
Masoud Atapoor
مسعود عطاپور (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Navaser
محمد نواصر
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Evalution of corrosion behaviour of aluminium alloy 7075 after friction stir processing
Aluminium application is increasing in different industries due to its good formability, light weight and excellent corrosion resistance caused by its protective film. 7075 aluminium alloy is widely used for aircraft industrial as result of its high strength to weight ratio, together with low density characteristics. However, it is highly prone to localized corrosion such as pitting corrosion, intergranular corrosion (IGC) and exfoliation corrosion in chloride containing solutions. Friction stir processing (FSP), a localized microstructural modification technique, which is based on the basic principles of friction stir welding (FSW) was able to moderate mechanical properties. Due to importance of corrosion behavior of this alloy, the aim of present study was to evaluate the effect of rotational speed on corrosion behavior of 7075 aluminum alloy after FSP. Therefore, three friction stir processed samples were made by employing a constant tool travel speed of 100 mm/min at rotating speeds of 630, 1000 and 1600 rpm. Microstructural analysis was conducted via x-ray diffractometry (XRD), field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Microhardness profile was measured for all the samples. Corrosion behavior of all three samples was evaluated by employing common corrosion tests such as open circuit potential (OCP), tafel potentiodynamic polarization, cyclic polarization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), immersion, IGC and exfoliation corrosion. Except for IGC and exfoliation corrosion, all corrosion tests were carried out in 3.5% NaCl media. In order to determine the susceptibility of different zones to IGC and exfoliation corrosion, the immersion test in a NaCl + H2O2 solution and modified 20 vol.% diluted solution of 4.0 M NaCl + 0.5 M KNO3+ 0.1 M HNO3 were done, respectively. Microstructural surveys demonstrated that very fine and equiaxed grain structures were formed in the stir zones. Also, FSP at higher rotational speed resulted in an increase in the grain size, decrease in the intermetallic size and more uniform distribution of them. The microstructure of the transition zone between Thermo-mechanically affected zone (TMAZ) and the stir zone possessed recrystallized grains. However, it grains became more stretched with increasing the distance form stir zone. OCP has indicated the formation of protective film. Tafel potentiodynamic polarization and EIS tests showed that FS processed sample with 1600 rpm and base metal samples have the highest and lowest resistance to corrosion, respectively. Cyclic polarization test in 3.5% Nacl solution has demonstrated that FS processed sample with rotational speede of 1600 rpm and base metal have the best resistance to localized corrosion. Immersion test in 3.5% NaCl observation made it clear that base metal surface led to the formation of bigger and deeper pits. In contrast, the size of each pit was decreased and the number of pits was increased after FSP for higher rotational speed sample. IGC test illustrated that stir zone of all samples was subjected to a combination of IGC and pitting corrosion while no IGC was found in other zones. Furthermore, when the rotational speed was increased, the corrosion extent was decreased. Exfoliation corrosion has shown that stir zone and TMAZ of all samples were prone to IGC and pitting corrosion. Moreover, heat affected zone (HAZ) and base metal had the same corrosion behavior and have undergone sever localized corrosion. Interestingly, increase of rotational speed improved corrosion resistance of all zones. Generally, With the Increase of rotational speed, the size of intermetallics decreased and their distribution became more homoginous which led to improvement of the corrosion behavior of FS processed samples In comparison with base metal. Keywords: Friction stir processing, pitting corrosion, intergranular corrosion, rotational speed, microstructure, 7075 aluminium alloy
کاربرد آلومینیوم در صنایع مختلف به دلیل خواصی نظیر شکل پذیری خوب، وزن کم و مقاومت به خوردگی عالی ناشی از تشکیل فیلم محافظ در حال گسترش است. آلیاژ آلومینیوم استحکام بالا 7075 به دلیل خواصی نظیر استحکام به وزن بالا و چگالی کم در صنعت هواپیماسازی کاربرد وسیعی دارد. لیکن این آلیاژ در محیط های حاوی یون کلرید حساسیت زیادی به خوردگی موضعی از قبیل خوردگی حفره ای، خوردگی بیندانه ای و خوردگی تورقی از خود نشان می دهد. فرایند اصطکاکی-اغتشاشی که بر اساس مبانی جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی بناشده، روش بهبود موضعی ریزساختار بوده و می تواند به بهبود خواص مکانیکی نیز منجر شود. با توجه به اهمیت رفتار خوردگی این آلیاژ، در این پژوهش به بررسی تأثیر سرعت چرخشی بر رفتار خوردگی آلیاژ آلومینیوم 7075 پس از فرایند اصطکاکی-اغتشاشی پرداختهشده است. بدین منظور، آلیاژ مذکور در سرعت های چرخشی مختلف 630، 1000 و 1600 دور بر دقیقه و سرعت های پیشروی ثابت 100 میلیمتر بر دقیقه فرایند شد. برای بررسی ریزساختار، نمونه ها توسط پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) و طیفسنجی انرژی پرتو ایکس (EDS) مورد مطالعه قرار گرفتند. پروفیل ریزسختی نیز برای نمونههای مختلف به دست آمد. رفتار خوردگی نمونه ها با استفاده از آزمونهای اندازه گیری پتانسیل مدار باز (OCP)، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، پلاریزاسیون چرخه ای، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، غوطه وری، خوردگی بیندانه ای و خوردگی تورقی بررسی شد. همه آزمون ها بهجز خوردگی بیندانه ای و خوردگی تورقی در محلول کلرید سدیم 5/3 درصد انجام شد. بهمنظور بررسی حساسیت نواحی مختلف فرایند شده به خوردگی بیندانه ای از محلول کلرید سدیم 98/0 مولار + هیدروژن پراکسید و همچنین حساسیت به خوردگی تورقی از محلول 20 درصد حجمی رقیقشده محلول کلرید سدیم 4 مولار + نیترید پتاسیم 5/0 مولار + اسید نیتریک 1/0 مولار استفاده شد. نتایج نشان داد ناحیه اغتشاش تمامی نمونه ها دارای دانه بندی ریز و هم محور بوده و با افزایش سرعت چرخشی اندازه دانه های ناحیه اغتشاش نیز افزایش یافته است. همچنین افزایش سرعت چرخشی باعث ریز شدن و توزیع یکنواخت تر ذرات فاز ثانویه شده است. ناحیه ترمومکانیکی در مرز ناحیه اغتشاش دارای دانه بندی تبلورمجدد یافته بوده که با فاصله گرفتن از ناحیه اغتشاش دانه ها ظاهری کشیده تر به خود گرفتهاند. آزمون های اندازه گیری پتانسیل مدار باز بر تشکیل فیلم محافظ بر روی سطح دلالت داشت. آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان دادند که بهترین مقاومت به خوردگی یکنواخت مربوط به نمونه با سرعت چرخشی بیشتر و کمترین مقاومت به خوردگی به فلز پایه اختصاص یافته است. آزمون پلاریزاسیون چرخه ای در محلول کلرید سدیم 5/3 درصد نشان داد که نمونه فرایند شده در سرعت چرخشی بیشتر و فلز پایه مقاومت به خوردگی موضعی بهتری را دارا میباشند. پس از آزمون غوطه وری در محلول کلرید سدیم 5/3 درصد مشاهده شد که فلز پایه دارای تعداد کمتری از حفرات با عمق بیشتر بوده درحالیکه نمونه با سرعت چرخشی بیشتر دارای تعداد بیشتری از حفرات سطحی می باشد. آزمون خوردگی بین دانه ای نیز نشان داد که ناحیه اغتشاش دچار ترکیبی از خوردگی حفره ای و بیندانه ای شده درحالیکه نواحی دیگر تنها حفره دار شده و اثری از خوردگی بیندانه ای در آن ها مشاهده نشد. همچنین با افزایش سرعت چرخشی، مقاومت ناحیه اغتشاش به خوردگی بیندانه ای و حفره ای نیز افزایش یافت. آزمون خوردگی تورقی نشان داد که نواحی اغتشاش و ترمومکانیکی به خوردگی حفرهای و بیندانهای حساس می باشند. همچنین فلز پایه و ناحیه متأثر از حرارت رفتار خوردگی مشابهی داشتند و دچار خوردگی بسیار شدیدی شدند. با افزایش سرعت چرخشی نیز مقاومت به خوردگی نواحی مختلف بهبود یافت. در کل، نتایج بهدستآمده نشان داد که افزایش سرعت چرخشی در سرعت پیشروی ثابت موجب کاهش اندازه و توزیع یکنواخت تر ذرات فاز ثانویه شده که این امر منجر به بهبود مقاومت به خوردگی نمونه های فرایند شده نسبت به فلز پایه می شود. کلمات کلیدی فرایند اصطکاکی- اغتشاشی، خوردگی حفره ای، خوردگی بیندانه ای، سرعت چرخشی، ریزساختار ،آلیاژ آلومینیوم 7075