بررسي رفتار خوردگي و تريبوخوردگي فولاد زنگ نزن 316 ا ل با پوشش هاي رسوب فيزيکي بخار تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم وتيتانيوم/کربونيتريدتيتانيوم در محلول رينگر

STUDENT

DEGREE

YEAR

The aim of this study was evaluation of corrosion and Tribocorrosion resistance of stainless steel 316 L with physical vapor deposited Ti/TiN and Ti/TiCN coatings in Ringer’s solution. The characterization tests of surface after deposition process showed hardness values about 2600 and 3770 Vickers for Ti/TiN and Ti/TiCN coatings, respectively, face centered cubic structures and same (220) growth preferred orientations. The potentiodynamic polarization readings showed decrease of corrosion current density by factors of 9 and 30 and increase of breakdown potential by factors of 3 and 2 for Ti/TiN and Ti/TiCN coatings in respect to the substrate, respectively. The titanium intermediate layer has caused to increase the corrosion resistance of the substrate with blocking the structural defects in top coatings such as pinholes and porosities. The results of tribocorrosion tests at open circuit potential showed a lower potential drop for the coatings due to their nobler electrochemical behavior, and also, lower decreases in anodic and cathodic currents in potentiostatic tests because of their higher hardness and electrochemical resistance. However, Ti/TiCN coating demonstrated a better behavior than Ti/TiN due to its higher hardness and electrochemical resistance. Also, the evaluation of track area after tribocorrosion tests indicated on decrease of track width for coated samples, especially for Ti/TiCN coating which was due to its more hardness and corrosion resistance. Moreover, the decrease of lost mass due to deposition of mentioned coatings, especially Ti/TiCN coating, in comparison with substrate was proved using roughness metering test. It was found that the synergy between corrosion and wear is an important factor which determines the lost mass of the coated samples when compared to316Lstainless steel. This parameter was 43, 77.5 and 78.8% of the total destruction for 316Lstainless steel, Ti/TiN and Ti/TiCN coated samples, respectively. However, the destruction due to mechanical process was 57, 22 and 21% of the total damage for the mentioned samples, respectively. According to the results obtained, applying Ti/TiN and Ti/TiCN coatings had significant effects on enhancement the corrosion and tribocorrosion behavior of 316Lstainless steel substrate due to the decrease of mechanical damage and anodic dissolution of surface. Keywords Corrosion, Tribocorrosion, PVD coating, Stainless steel, Ti/TiN, Ti/TiCN

چکيده هدف پژوهش حاضر، بررسي مقاومت خوردگي و تريبوخوردگي فولاد زنگ نزن 316 ال با پوشش هاي رسوب فيزيکي بخار تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم و تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم در محلول رينگر بوده است. آزمون هاي مشخصه يابي سطح پس از فرايند رسوب دهي مقادير سختي 2600 و 3770 ويکرز را به ترتيب براي پوشش هاي تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم و تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم با ساختار هاي مکعبي با وجوه مرکزدار همراه با جهت هاي ترجيحي مشابه (220) نشان دادند. نتايج آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميک کاهش 9 و 30 برابري را براي چگالي جريان خوردگي و افزايش 3 و2 برابري را براي پتانسيل شکست به ترتيب براي پوشش hy;هاي تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم و تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم نسبت به زيرلايه نشان دادند. لايه مياني تيتانيومي با مسدود نمودن عيوب ساختاري پوشش هاي رويي از جمله حفره هاي سوزني و تخلخل ها باعث افزايش مقاومت به خوردگي زيرلايه شده است. نتايج آزمون تريبوخوردگي در شرايط پتانسيل مدار باز کاهش افت پتانسيل بواسطه رفتار الکتروشيميايي نجيب تر پوشش ها و همچنين کاهش جريان هاي آندي وکاتدي به دليل سختي بالاتر و مقاومت الکتروشيميايي بيشتر آن ها در آزمون هاي پتانسيواستاتيک آندي و کاتدي را نسبت به زيرلايه نشان داد، هرچند پوشش تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم نسبت به پوشش تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم رفتار مناسب تري را به دليل سختي و مقاومت الکتروشيميايي بيشتر اثبات نمود. همچنين ارزيابي نواحي شيار حاصل از آزمون هاي تريبوخوردگي کاهش عرض شيار را براي نمونه هاي پوشش دار مخصوصا پوشش تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم به دليل سختي و مقاومت خوردگي بيشتر نشان داد. به علاوه کاهش جرم از دست رفته بواسطه اعمال پوشش هاي مذکور، به ويژه پوشش تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم نسبت به زيرلايه بدون پوشش توسط آزمون زبري سنجي اثبات شد. مشخص شد که پارامتر هم افزايي بين سايش و خوردگي تاثير بسزايي در کاهش جرم نمونه هاي پوشش دار نسبت به نمونه فولاد زنگ نزن 316 ال داشته است، بطوري که اين پارامتر براي نمونه فولاد زنگ نزن 316 ال و نمونه هاي پوشش دار تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم و تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم به ترتيب 43%، 5/77% و 8/78% از کل تخريب بوده است. اين در حالي است که تخريب ناشي از فرايند مکانيکي به تنهايي، 57%، 22% و 21% از کل تخريب را براي نمونه هاي مذکور باعث شده است. با توجه به نتايج حاصل، اعمال پوشش هاي تيتانيوم/نيتريد تيتانيوم و تيتانيوم/کربونيتريد تيتانيوم تاثير قابل توجهي در بهبود رفتار خوردگي و همچنين تريبوخوردگي زيرلايه فولاد زنگ نزن 316 ال به دليل کاهش تخريب مکانيکي و انحلال آندي سطح داشتند. کلمات کليدي: خوردگي، تريبوخوردگي، پوشش رسوب فيزيکي بخار، فولاد زنگ نزن، Ti/TiN و Ti/TiCN.