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
چکيده کاربرد آلومينيوم در صنايع مختلف به دليل خواصي نظير شکل پذيري خوب، وزن کم و مقاومت به خوردگي عالي ناشي از تشکيل فيلم محافظ در حال گسترش است. آلياژ آلومينيوم استحکام بالا 7075 به دليل خواصي نظير استحکام به وزن بالا و چگالي کم در صنعت هواپيماسازي کاربرد وسيعي دارد. ليکن اين آلياژ در محيط هاي حاوي يون کلريد حساسيت زيادي به خوردگي موضعي از قبيل خوردگي حفره اي، خوردگي بيندانه اي و خوردگي تورقي از خود نشان مي دهد. فرايند اصطکاکي-اغتشاشي که بر اساس مباني جوشکاري اصطکاکي-اغتشاشي بناشده، روش بهبود موضعي ريزساختار بوده و مي تواند به بهبود خواص مکانيکي نيز منجر شود. با توجه به اهميت رفتار خوردگي اين آلياژ، در اين پژوهش به بررسي تأثير سرعت چرخشي بر رفتار خوردگي آلياژ آلومينيوم 7075 پس از فرايند اصطکاکي-اغتشاشي پرداختهشده است. بدين منظور، آلياژ مذکور در سرعت هاي چرخشي مختلف 630، 1000 و 1600 دور بر دقيقه و سرعت هاي پيشروي ثابت 100 ميليمتر بر دقيقه فرايند شد. براي بررسي ريزساختار، نمونه ها توسط پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM) و طيفسنجي انرژي پرتو ايکس (EDS) مورد مطالعه قرار گرفتند. پروفيل ريزسختي نيز براي نمونههاي مختلف به دست آمد. رفتار خوردگي نمونه ها با استفاده از آزمونهاي اندازه گيري پتانسيل مدار باز (OCP)، پلاريزاسيون پتانسيوديناميک، پلاريزاسيون چرخه اي، طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي (EIS)، غوطه وري، خوردگي بيندانه اي و خوردگي تورقي بررسي شد. همه آزمون ها بهجز خوردگي بيندانه اي و خوردگي تورقي در محلول کلريد سديم 5/3 درصد انجام شد. بهمنظور بررسي حساسيت نواحي مختلف فرايند شده به خوردگي بيندانه اي از محلول کلريد سديم 98/0 مولار + هيدروژن پراکسيد و همچنين حساسيت به خوردگي تورقي از محلول 20 درصد حجمي رقيقشده محلول کلريد سديم 4 مولار + نيتريد پتاسيم 5/0 مولار + اسيد نيتريک 1/0 مولار استفاده شد. نتايج نشان داد ناحيه اغتشاش تمامي نمونه ها داراي دانه بندي ريز و هم محور بوده و با افزايش سرعت چرخشي اندازه دانه هاي ناحيه اغتشاش نيز افزايش يافته است. همچنين افزايش سرعت چرخشي باعث ريز شدن و توزيع يکنواخت تر ذرات فاز ثانويه شده است. ناحيه ترمومکانيکي در مرز ناحيه اغتشاش داراي دانه بندي تبلورمجدد يافته بوده که با فاصله گرفتن از ناحيه اغتشاش دانه ها ظاهري کشيده تر به خود گرفتهاند. آزمون هاي اندازه گيري پتانسيل مدار باز بر تشکيل فيلم محافظ بر روي سطح دلالت داشت. آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک، طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي نشان دادند که بهترين مقاومت به خوردگي يکنواخت مربوط به نمونه با سرعت چرخشي بيشتر و کمترين مقاومت به خوردگي به فلز پايه اختصاص يافته است. آزمون پلاريزاسيون چرخه اي در محلول کلريد سديم 5/3 درصد نشان داد که نمونه فرايند شده در سرعت چرخشي بيشتر و فلز پايه مقاومت به خوردگي موضعي بهتري را دارا ميباشند. پس از آزمون غوطه وري در محلول کلريد سديم 5/3 درصد مشاهده شد که فلز پايه داراي تعداد کمتري از حفرات با عمق بيشتر بوده درحاليکه نمونه با سرعت چرخشي بيشتر داراي تعداد بيشتري از حفرات سطحي مي باشد. آزمون خوردگي بين دانه اي نيز نشان داد که ناحيه اغتشاش دچار ترکيبي از خوردگي حفره اي و بيندانه اي شده درحاليکه نواحي ديگر تنها حفره دار شده و اثري از خوردگي بيندانه اي در آن ها مشاهده نشد. همچنين با افزايش سرعت چرخشي، مقاومت ناحيه اغتشاش به خوردگي بيندانه اي و حفره اي نيز افزايش يافت. آزمون خوردگي تورقي نشان داد که نواحي اغتشاش و ترمومکانيکي به خوردگي حفرهاي و بيندانهاي حساس مي باشند. همچنين فلز پايه و ناحيه متأثر از حرارت رفتار خوردگي مشابهي داشتند و دچار خوردگي بسيار شديدي شدند. با افزايش سرعت چرخشي نيز مقاومت به خوردگي نواحي مختلف بهبود يافت. در کل، نتايج بهدستآمده نشان داد که افزايش سرعت چرخشي در سرعت پيشروي ثابت موجب کاهش اندازه و توزيع يکنواخت تر ذرات فاز ثانويه شده که اين امر منجر به بهبود مقاومت به خوردگي نمونه هاي فرايند شده نسبت به فلز پايه مي شود. کلمات کليدي فرايند اصطکاکي- اغتشاشي، خوردگي حفره اي، خوردگي بيندانه اي، سرعت چرخشي، ريزساختار ،آلياژ آلومينيوم 7075