Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Edris,Kaivan Raissi
حسين ادريس (استاد راهنما) کيوان رئيسي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Sanati Sichani
عليرضا صنعتي سيچاني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Characterization and investigation of corrosion mechanism of fine grain stainless steel coating produced by cathodic arc evaporation and magnetron sputtering
In this research, cathodic arc evaporation and magnetron sputtering as two instances of PVD methods were used for deposition of a thin film of stainless steel on a carbon steel substrate. Structure and grain size of the coatings were evaluated by SEM and FE-SEM methods. Composition of the coatings was assessed by EDS analysis. Also, corrosion tests such as potentiodynamic and potentiostatic polarization, cyclic polarization, electrochemical impedance spectroscopy and mott-schottky analysis were performed in 3.5 wt. % NaCl and 2 M sulphuric acid solutions as corrosive environments. In addition, for investigation of mechanical behavior of the coatings, used from Vickers indenter for evolving the coatings adhesion and calculating their fracture toughness. Also, nano-indention tests were used for measuring hardness, elastic modules and impactability of the coatings. In the nano-indention test observed that the magnetron sputtered coating had 889 Vickers hardness that is much higher than bulk 304 stainless steel with 220 Vickers hardness. In addition, EDS analysis showed that the magnetron sputtered coating composition was close to the target material. Although, because of the evaporation condition in the cathodic arc evaporation method, a composition difference between target and coating and coating matrix and growth defects was detected. The growth defects were effective at the corrosion behavior of the coating. Potentiostatic and mott-schottky results showed that decreasing chromium during deposition in cathodic arc system resulted to the formation of a weak oxide layer for the coating. So that in NaCl solution because of the presence of Cl - ions, the formation of a passive layer was only possible on needle-like growth defects with high chromium and nickel content and in sulphuric acid solution extent of the passive region was decreased than bulk 304 stainless steel. Keywords: stainless steel coating; cathodic arc evaporation, sputtering; corrosion
چکيده ايجاد پوششي از فولاد زنگ نزن به روش هاي رسوب فيزيکي بخار مي تواند منجر به ايجاد ساختاري سخت و دانه ريز همراه با چقرمگي شکست و رفتار خوردگي مطلوب شود. در اين پژوهش، دو روش پوشش دهي قوس کاتدي و پراکنش مغناطيسي به عنوان دو مورد از روش هاي رسوب فيزيکي بخار، در شرايط نزديک به هم و براي ايجاد لايه نازکي از بخار فولاد زنگ نزن AISI 304 در خلأ، بر روي زيرلايه فولاد کربني استفاده شدند. ساختار و اندازه دانه پوشش ها به کمک تصاوير ميکروسکوپي الکتروني روبشي و ميکروسکوپي الکتروني روبشي گسيل ميداني بررسي شدند. به منظور ارزيابي رفتار مکانيکي پوشش ها از بررسي اثر فرورونده ويکرز براي چسبندگي و محاسبه چقرمگي شکست و آزمون نانو فرورونده براي سختي، مدول الاستيک و ضربه پذيري پوشش ها استفاده شد. در آزمون نانو فرورونده مشاهده شد که به دليل ساختار نانو دانه پوشش حاصل از پراکنش مغناطيسي، سختي برابر 889 ويکرز شد که به طور قابل توجهي نسبت به سختي پوشش حاصل از قوس کاتدي (393 ويکرز براي زمينه) و فولاد زنگ hy;نزن بالک 304 (220 ويکرز) افزايش يافت. نتايج آزمون EDS نشان داد که ترکيب پوشش ايجاد شده به روش پراکنش مغناطيسي بسيار نزديک به ترکيب ماده هدف است، در حالي که در سيستم تبخيري قوس کاتدي، اختلاف ترکيب بين ماده هدف و زمينه پوشش و هم چنين عيوب رشد پوشش ديده شد. از آزمون هاي خوردگي شامل آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک، پتانسيل ثابت، پلاريزاسيون چرخه اي، طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي و آناليز موت- شاتکي به منظور بررسي مکانيزم خوردگي پوشش در دو محيط کلريد سديم 5/3 درصد وزني و اسيد سولفوريک 2 مولار استفاده شد. مشاهده شد که عيوب رشد پوشش به شدت بر رفتار خوردگي آن در هر دو محيط تأثيرگذار بوده و باعث تشديد شرايط خوردگي آن شده است. در محيط کلريد سديم، خوردگي موضعي به صورت ميکروشياري در اطراف عيوب رشد و اختلاف ترکيب عيوب رشد با زمينه پوشش، باعث احراز شرايط خوردگي ميکرو گالوانيکي شد، در حالي که در محيط اسيد سولفوريک، کنده شدن عيوب رشد به دليل خوردگي شديد رخ داد که نهايتاً منجر به تشکيل يک پيل گالوانيکي بين زيرلايه و پوشش شد. در محيط اسيد سولفوريک نتايج آزمون پتانسيل ثابت و آناليز موت- شاتکي نشان داد که کاهش درصد کروم حين پوشش دهي با سيستم قوس کاتدي باعث تضعيف لايه رويين پوشش نسبت به فولاد بالک 304 شده است. در محيط کلريد سديم نيز مشاهده شد که به دليل کاهش درصد کروم پوشش حين پوشش دهي و وجود يون هاي کلريد، امکان تشکيل يک لايه رويين محافظ بر روي زمينه پوشش وجود نداشته است، در حالي که عيوب رشد سوزني شکل با درصد کروم بيش تر لايه رويين تشکيل داده اند و تحت خوردگي حفره اي قرار گرفتند. کلمات کليدي فولاد زنگ نزن- پوشش دانه ريز- پراکنش مغناطيسي- قوس کاتدي- خوردگي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی