SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Fatemeh Davar,Ali Ashrafi
عبدالمجيد اسلامي (استاد راهنما) فاطمه داور (استاد مشاور) علي اشرفي (استاد راهنما)
STUDENT
Barjan Yousefi Rad
برجان يوسفي راد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Investigating the Sulfidation Resistance of Mild Steel Coated by
In this research, five layers of alumina doped with different amounts of molybdenum (0, 0.5, 1, 2, 5 wt%) have been coated on 316L stainless steel substrate using the sol gel process for increasing the corrosion resistance of 316L stainless steel in the molten sulfur environment. Thermal Analysis (TG-DTA) of the coatings showed that by increasing the percentage of molybdenum in the coatings, the crystallization temperature of alumina phase shift to lower temperatures. X-ray diffraction results showed that increasing the percentage of molybdenum, would result in decreasing the amorphous to crystalline transition temperature. Also, by increasing the molybdenum content, in addition of alumina peaks, the Al/Mo oxide compounds have been appeared. The results showed that with increasing the molybdenum content, the grain size in the crystalline phase increases. EDS analysis also revealed that by increasing the percentage of molybdenum in the coating solution, molybdenum of coating powder has been increased. Using the scanning electron microscopy (SEM), uniformity, homogeneity, and absence of cracks in the coating that have been calcined at 450 ? C relative to 750 ? C has been indicated. By measuring the thickness of coatings, the average thickness of 154 nm was obtained. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) tests in 3.5 wt% NaCl solution showed that the calcination temperature of the substrate at 450 ? C reduces the polarization resistance, but in the case of coatings, sintering process, increases the polarization resistance. Addition of molybdenum reduces the polarization resistance compare to pure alumina coating, but compare to the substrate, the polarization resistance has been increased. Potentiodynamic polarization tests have been shown that the substrate calcination reduces the corrosion potential and increases the corrosion current density. Cyclic polarization test on the coatings doped with molybdenum showed that the addition of 1 wt% molybdenum reduces the corrosion current density, but increasing more than 1wt% Mo, result in further increase in current density. However, the current density is much lower compared to the substrate. In other words, the best conditions for corrosion resistance in an aqueous solution of sodium chloride in two percent molybdenum has been occurred. Scanning electron microscopy after the electrochemical tests, compared to the coated, substrate showed severe pitting corrosion. Adding molybdenum reduced the severity of pitting corrosion. So that at about one percent molybdenum, the lowest corrosion has been occurred. Scanning electron microscopy of samples in liquid sulfur at 200 ? C showed that with increasing of molybdenum, severity of the corrosion has been reduced so that the alumina doped with 5 wt% molybdenum has shown the least corrosion. Scanning electron microscopy of the surface of the coatings after placing the samples in 300 ? C liquid sulfur showed that at this temperature the pitting corrosion is not seen and uniform corrosion was replaced with pitting corrosion. By increasing of molybdenum as doping agent in the coating, the uniform corrosion intensity decreased, so that in the case of alumina coating doped by 5 wt% of molybdenum, the corrosion has been diminished. Keywords: Alumina, dopant, molybdenum, sol- gel, dip coating, calcination, electrochemical properties, molten sulfur.
چکيده پوشش هاي آلوميناي تقويت شده با مقادير مختلف ( 0، 5/0، 1، 2 . 5 % وزني) موليبدن بر روي زير لايه فولاد زنگ نزن L 316 به روش غوطهوري سل- ژل با ايجاد پنج لايه پوشش بهمنظور افزايش مقاومت به خوردگي در محيط گوگرد مذاب تهيه شدند. آناليز حرارتي TG-DTA بر روي پودر پوشش ها نشان داد که با افزايش درصد وزني موليبدن در پوشش، دماي تبلور آلومينا کاهش يافته و تغيير فاز به دماهاي پايين تر انتقال مي يابد. الگوي پراش اشعه ايکس نيز اين نتيجه را نشان داد که با افزايش درصد موليبدن دماي انتقال از ساختار آمورف به کريستالي کاهش يافته و در دماي ? C 750 پيک هاي آلومينا رؤيت مي شود. همچنين با افزايش درصد موليبدن از يک به دو و سپس پنج درصد وزني علاوه بر اينکه پيک هاي آلومينا مشاهده مي شود پيک هاي ترکيب اکسيد آلومينيوم/ موليبدن ظاهر مي شود. همچنين، بررسيها نشان ميدهد که با افزايش درصد وزني موليبدن، اندازه دانه در فاز کريستالي افزايش مي يابد. آناليز EDS نيز افزايش موليبدن در پودر پوشش را با افزايش درصد وزني موليبدن محلول نشان داد. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي، يکنواختي، همگن بودن و عدم حضور ترک در پوشش هاي کلسينه شده در دماي ? C 450 را نسبت به دماي ? C 750 نشان داد. همچنين با اندازه گيري ضخامت پوشش ها اين نتيجه به دست آمد که پوشش ها، ميانگين ضخامت 154 نانومتر دارند. نتايج آزمون طيفسنجي امپدانس الکتروشيميايي در محلول 5/3 % سديم کلريد نشان داد که کلسينه کردن زير لايه در دماي ? C 450 باعث کاهش مقاومت به پلاريزاسيون زير لايه مي شود ولي در مورد پوشش ها ، فرايند کلسينه کردن، باعث افزايش اين مقاومت مي شود. افزودن موليبدن باعث کاهش اين نوع مقاومت نسبت به پوشش آلوميناي خالص مي شود ولي در مقايسه با زير لايه چه کلسينه نشده و چه کلسينه شده مقاومت افزايش مي يايد. آزمون پلاريزاسيون پتانسيو ديناميک در مورد زير لايه نشان داد که عمل کلسينه کردن باعث کاهش پتانسيل خوردگي و افزايش چگالي جريان خوردگي مي شود. آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميک در مورد پوشش هاي تقويت شده با موليبدن نشان داد که افزودن موليبدن تا يک درصد باعث کاهش چگالي جريان خوردگي مي شود و با افزايش بيشتر موليبدن، چگالي جريان افزايش مي يابد. با اين حال اين چگالي جريان در مقايسه با زيرلايه بسيار کمتر است. به عبارت ديگر بهترين شرايط مقاومت به خوردگي در محيط آبي کلريد سديم در تقويت با ميزان در دو صد موليبدن بدست آمد. تصاويرميکروسکوپ الکتروني روبشي پس از انجام آزمون hy;هاي الکتروشيميايي، خوردگي حفره اي شديد زيرلايه را نسبت به نمونه هاي پوشش دار نشان داد. افزودن موليبدن از شدت خوردگي حفره اي کاسته است بطوريکه در مورد يک درصد وزني کمترين ميزان خوردگي ديده مي شود. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي حاصل از نمونه هاي نگه داري شده در گوگرد مذاب در دماي ? C 200 نشان داد که با افزايش موليبدن در پوشش از شدت خوردگي حفره اي کاسته شده است، بطوريکه در آلوميناي تقويت شده با پنج درصد وزني موليبدن کمترين ميزان خوردگي در پوشش ديده شده است. بررسي ميکروسکوپي الکتروني سطح پوشش پس از قرارگيري نمونه ها در گوگرد مذاب ? C 300 نشان داد که در اين دما اثري از خوردگي حفره اي ديده نمي شود و خوردگي يکنواخت جايگزين اين نوع خوردگي شده است. با پوشش دهي و افزايش درصد وزني موليبدن به عنوان عامل تقويت کننده در ساختار از شدت اين نوع خوردگي نيز به شدت کاسته شده است بطوريکه در مورد پوشش آلوميناي تقويت شده با پنج درصد وزني موليبدن اثري از خوردگي ديده نشد. کلمات کليدي: آلومينا، تقويت کننده، موليبدن، سل- ژل، پوشش دهي غوطه وري، کلسينه کردن، خواص الکتروشيميايي، گوگرد مذاب