عملکرد پوشش هاي زير کونياي نانو کريستال/ آمورف توليد شده به روش رسوب الکتريکي در جلوگيري از خوردگي فولاد زنگ نزن

STUDENT

DEGREE

YEAR

Corrosion barrier performance of Amorphous/Nano crystalline ZrO 2 coatings produced on S.S. by electro-deposition Zirconia (ZrO 2 ) coatings were prepared by heat treating the electrodeposited zirconium hydroxide produced by pulse current on 316L stainless steel. The results showed that a coating with amorphous structure is obtained after heat treating at 200 o C, which reveals no corrosion barrier performance. X-ray diffraction patterns obtained, indicated thatheat treating at 400 o C resulted in ZrO 2 coating with nanocrystalline/amorphous structure, which reveals a strong corrosion barrier performance.As the temperature was raised to 600 o C, an entirely nanocrystalline tetragonal structure was found for the ZrO 2 coating. Crestalline size of the coatings determined by Sherier equation were 9 and 25 nanometer for zirconia coating heat treated at 400 and 600 ?C, respectively.TEM investigation of ZrO 2 coating obtained at 600 ?C shows that by increasing the heat treatment temperature, a complete nanocrystalline phase of ZrO 2 with an average size of about 30 nm is achieved. Scanning electron microscopy investigation showed that the heat treatment of the coatingshada significant effect on the morphology of coatings.No cracks were found during the heat treatment of deposits at 200 ?C. The coatings showed no corrosion barrier performance because of incomplete dehydration of zirconium hydroxide at this temperature. The coating heat treated at 600 ?C revealed muddy shape cracks, with inferior corrosion barrier performance.Furthermore,EIS data obtained from ZrO 2 coatings revealed that a very high value of pore resistance and Warburg impedance, which indicating the diffusion-controlled nature of corrosion reactions, were observed for 400 ?C heat treated ZrO 2 coatings.The improved mechanical properties, including higher nanohardness and higher elastic modulus were observed for 400 and 600 ?Cheat treated zirconia coating. Nanoindentation results of ZrO 2 coatings produced by heat treating at 600 o C showed an increase in mechanical properties such as the hardness and elastic modulus. This can be attributed to the crystallization of ZrO 2 and development of tetragonal phase in the coatings. Key Word Zirconia; nanostructure; electrodeposition; stainless steel; corrosion resistance

چکيده درپژوهش حاضر، پوشش زيرکونيا(ZrO 2 ) به روش رسوب دهي الکتريکي با جريان پالس بر روي زير لايه فولاد زنگ نزن 316ال با آماده سازي سطح مکانيکي رسوب داده شد. فرايند پوشش دهي در دماي محيط و تحت چگالي جريان mA/cm 2 7/1 انجام شد. جهت ارزيابي تاثير دماي عمليات حرارتي بر عملکرد پوشش زيرکونيا، سه دماي 200،400و600 درجه سانتيگراد انتخاب شدند. بررسي مورفولوژي پوشش هاي عمليات حرارتي شده نشان داد که دماي400درجه سانتيگراد، منجربه ايجاد يک مورفولوژي همگن و يکنواخت مي شود. به منظور بررسي رفتار خوردگي پوشش ها، آزمون پولاريزاسيون تافل در محيط NaCl 5/3% انجام شد و مشخص کرد که دماي عمليات حرارتي پوشش و متعاقبا"مورفولوژي پوشش نقش تعيين کننده اي بر رفتار خوردگي آن دارد. پوشش عمليات حرارتي شده در دماي 400 درجه سانتيگراد کمترين نرخ خوردگي فولاد زمينه را ارائه کرد. هم چنين بررسي هاي آزمون امپدانس الکتروشيميايي نيز حاکي از حضور رفتار واربورگ و مقاومت کامل در برابر حفره‌دار شدن فولاد زيرلايه بود، به طوريکه اين پوشش مي تواند به صورت يک سد فيزيکي در برابر خوردگي زيرلايه عمل کند. اين امر به يکنواختي و همگني پوشش پس از عمليات حرارتي در دماي 400 درجه سانتيگراد نسبت داده شد. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني نشان داد که پوشش توليدي پس از عمليات حرارتي در400 درجه سانتيگراد ترکيبي از فاز هاي آمورف وکريستالي بود که اندازه کريستاليت ها در حدود 10 نانومتر مي‌باشد. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري نيز نتايج مربوط به اندازه کريستاليت‌ها و ذرات را تاييد نمود. با افزايش دماي عمليات حرارتي به 600 درجه سانتيگراد، هيچ‌گونه فاز جديدي در الگوي پراش پرتو ايکس پوشش کلسينه شده مشاهده نشد و فقط فاز زيرکونياي تتراگونال کاملا کريستالي با اندازه کريستاليت‌هاي حدود 25 نانومتر نتيجه شد. بدين معنا که پوشش توليدي از پايداري حرارتي خوبي برخوردار بوده و ساختار نانوبلوري آن حفظ مي‌شود و همچنان به صورت تک فاز تتراگونال باقي مي‌ماند. تحليل پاسخ هاي مکانيکي به فرورفتگي با استفاده از نمودارهاي بار- جابجايي (P-h) و با استفاده از رهيافت اليور و فار صورت پذيرفت. نتايج حاکي از افزايش خواص مکانيکي پوشش نظير سختي و مدول الاستيک با افزايش دماي عمليات حرارتي پوشش ها بود. به طوريکه پس از عمليات حرارتي پوشش در دماي600 درجه سانتيگراد ماکزيمم سختي و مدول الاستيک حاصل شد. کلمات کليدي: زيرکونيا، عمليات حرارتي، سد فيزيکي، واربورگ، ميکروسکوپ الکتروني