نشریه پیام آبکار – بهار ۱۳۹۴
مطالعه خوردگي تنشي آلياژ آلومينيم AA7075-T6 پوشش کروماته شده درصنايع هوايي
تهيه و تنظيم:
ذبيح اله خنشا
دانشجوي فوق ليسانس متالورژي گرايش خوردگي و حفاظت مواد
دانشگاه آزاد اسلامي، نجف آباد اصفهان
این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید
محمدرضا سائري
استاد دانشکده فني و مهندسي، گروه مهندسي مواد، دانشگاه شهرکرد
ساسان اطرج
استاد دانشکده فني و مهندسي، گروه مهندسي مواد، دانشگاه شهرکرد
خوردگي تنشي به عنوان يكي از آسيبهاي مهم صنعتي، مسئله اي است كه همواره در بهره برداري قطعات صنعتي ايجاد مشكل مي كند.خوردگي قطعات مورد استفاده در صنايع هوايي دراثرخوردگي تنشي، مي تواند منجربه فجايعي جبران ناپذير گردد. پوششها به عنوان يک راه بسيار موثر براي محافظت ازاجزاي آلومينيمي از اکسيداسيون و خوردگي و همچنين ايجاد مقاومت در برابر تنش هستند. از جمله اين پوششها، پوشش تبديلي کروماته است که مقاومت به سايش و مقاومت به خوردگي خوبي را در دماهاي بالا و پايين از خود نشان مي‌دهند. در اين پژوهش، پوشش تبديلي کروماته ، با محلول تجاري Alodine بر روي آلومينيم AA7075-T6 که قبلا عمليات حرارتي T6برآن صورت گرفته است، صورت گرفت. حدود کارتاثيرکروماته کردن آلياژآلومينيم AA7075-T6 برمقاومت به خوردگي تنشي بوسيله انجام تست C-ring مطابق با استانداردهاي ASTM G-38 و G-47 در محلول نمکي NaCl 3.5 درصد صورت گرفت. در نمونه هاي پوشش تبديلي کروماته، ماکروترکها در حدود 1150 ساعت ديده شد. در آخر، مکانيزمهاي خوردگي تنشي با آزمايشات TEM,EDS,EDX,SEMو تافل بررسي گرديد. از بررسي ميکروسکوپي، اثرات مخرب ترکيب Al2CuMg در پوشش تبديلي کروماته ديده شد و اين ترکيب باعث اختلاف ضخامت لايه پوشش است. مرحله تعيين کننده سرعت واکنش، شکست لايه رويين کروماته و تشکيل محلولي در عيوب در فصل مشترک فيلم – فلز است که آن يک انحلال اکتيو فلز را موجب مي شود.
در چند دهه اخير آلياژهاي آلومينيم استحکام بالا به دليل نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت آنها به خوردگي يکنواخت، به طور گسترده تري در صنايع هوايي خصوصا هواپيماسازي مورد استفاده قرار گرفته اند. اما حضور عناصر آلياژي متنوع، علي رغم ايجاد رسوبات استحکام بخش در زمينه آلومينيم، عموما اين آلياژها را در برابر خوردگي هاي موضعي، مستعد کرده اند. اين مساله به اين خاطر است که طيف وسيعي از ترکيبات بين فلزي که در حين عمليات حرارتي در ساختار اين آلياژها تشکيل مي شوند، از لحاظ پتانسيل الکتروشيميايي در گستره وسيعي قرار دارند که منجر به تشکيل زوجهاي گالوانيکي و نهايتا تشکيل حفره و ترك مي گردد. آلياژ آلومينيم 7075 با عناصر روي، منيزيم، سيليسيم، كروم و مس، با استحكام بالا كه در صنايع گوناگون كاربرد فراواني دارد، حساسيت زيادي به خوردگي هاي موضعي به ويژه حفره اي و بين دانه اي دارد. اين نوع خوردگي ها مي توانند شروعي براي انواع خوردگي مثل پوسته اي شدن (Exfoliation)، خوردگي تنشي(SCC) و تركهاي خستگي در آلياژ آلومينيم باشند.
عمليات T6 به عمليات حرارتي انحلال و پيرسازي مصنوعي اطلاق مي شود. اين پروسه در محصولاتي کاربرد خواهد داشت که پس از عمليات حرارتي کار سرد بر روي آن انجام نشده است و براي دسترسي به خواص مکانيکي و پايداري ابعادي يا هر دو، با عمليات حرارتي رسوب سختي به صورت اساسي اصلاح مي شوند. علت استحكام بالاي اين آلياژ، توزيع ريز و يكنواخت رسوبات فاز T6 ثانويه در شبكه است كه طي عمليات پيرسختي حاصل مي شود. متأسفانه اين گروه در ماكزيمم سختي به دست آمده طي عمليات حرارتي T6 تا حدود زيادي مقاومت به خوردگي تنشي خود را از دست مي دهند.
عمليات پيرسختي T6 بر روي آلومينيم 7075، منجر به استحكام بالاي اين آلياژ، توزيع ريز و يكنواخت رسوبات فاز ثانويه در شبكه مي شود که مراحل آماده سازي در زير آورده شده است[1]:
120°C/24 h► كوئنچ در آب ► 470°C/3h
آلياژ آلومينيم 7075-T6 به علت استحكام بالا و دانسيته پايين، استفاده گسترده اي در صنايع هوايي دارد.
از آلياژآلومينيم 7075-T6 در پوستة رويي بالها استفاده مي شود. همچنين از اين آلياژ در بسياري از فريمهاي اصلي، ريب هاي اصلي و سازه هاي متصل کنندة ارابة فرود به بدنه استفاده مي شود. [2]
پوششهاي تبديلي در اصطلاح به پوشش هايي گفته مي شود كه از طريق واكنش لايه هاي اتمي سطح فلزات با آنيونهايي كه از وسط فلزات ايجاد مي شوند. كروماته كردن به عمليات شيميايي و الكترو شيميايي فلزات و پوششهاي فلزي محلولهايي گفته مي شود كه در آنها اسيد كرميك، كرمات يا دي كرمات باشد . نتيجه چنين عملياتي ايجاد پوشش محافظ تبديلي شامل تركيبات كرم سه ظرفيتي و شش ظرفيتي بر روي سطح فلز است. پوشش كروماته را مي توان به طور شيميايي (از طريق غوطه وري در محلول كروماته كردن ) يا از طريق الكتروشيميايي (قطعه اي كه قرار است كروماته شود در زماني كه درمحلول غوطه ور است به عنوان يك الكترود عمل كند) ايجاد كرد.
درموردآلومينيم، واکنش Ι به عنوان واکنش کلي مطرح است:
2Al+Cr2O7-2 +2H++2H2O ► Al2O3+2Cr(OH)3
که در تحقيق پيش رو با اعمال عمليات حرارتي T6 بر روي متريال
Al-7075 و پوشش تبديلي کروماته به روش غوطه وري سعي شد مطالعات و آزمايشات استاندارد scc بر روي متريال انجام و تحليل وگزارش شود.
بررسي خوردگي موضعي آلياژهاي آلومينيم موردنظردرمحيط هاي هاليدي از اهميت بالايي برخوردار است .محيط هاي هاليدي شامل يونهاي كلريد و يا بروميد مي توانند لايه رويين روي سطح آلومينيم را بشكنند و سبب ايجاد خسارت روي سطح شوند.
خوردگي تنشي، همان گونه كه از نامش برمي آيد، SCC، بيانگر ترك خوردن ناشي از تاثير تركيبي خوردگي توام با تنش مي باشد. يكي از مهمترين صور خوردگي SCC، خوردگي تنشي ناشي از كلرايد مي باشد كه آن را مي توان نوعي از خوردگي بين دانه اي به حساب آورد [1].
منگ و فرانکل ازمرکز خوردگي فونتانا دانشگاه اهيو در سال 2003 کاري را با موضوع مطالعه پوشش تبديلي کروماته بر روي آلياژ آلومينيم 7075-T6 انجام دادند که در آن ابتدا ساختار پوشش کروماته را با توجه به تصويربرداري SEMو TEMوFIB و STEM مورد تجزيه و تحليل که در آن نحوه شکل گيري و محافظت پوشش و ضخامت موثر بررسي گرديد. در اين کار فاکتورهاي نسبت غلظت آکسيژن به کروم، ناخالصي ها و همچنين ترکيبات بين فلزي نيز بررسي گرديد[1]. همچنين در سال 2006 آقاي رامش کومار و همکارانش در مرکز متالورژي تريچي هندوستان، مكانيزم و ميزان خوردگي تنشي آلياژ 7075 آلومينيم با استفاده از آزمون كشش با نرخ كرنش پايين مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به نتايج بدست آمده بنظر مي رسد كه ترك خوردن القايي هيدروژني مهمترين نقش را در ايجاد خوردگي تنشي در آلياژ 7075 آلومينيم دارد[3].
مواد و روش‌ها
نمونه ها طبق استاندارد ASTM G-38 و ASTM G-47 تعريف شده، آماده سازي و جهت آزمون، مهيا گرديد.
استاندارد ASTM G-38 به بيان روش ساخت نمونه جهت آزمون و استاندارد ASTM G-47 روش نمونه برداري، نوع نمونه، آماده سازي نمونه، محيط آزمون، و نحوه قرار گرفتن در معرض خوردگي براي تعيين استعداد ابتلا به خوردگي تنشي مي پردازد.
ابتدا نمونه آلياژ 7075-T6 را جهت رسيدن به تركيب شيميايي آلياژمورداستفاده به وسيله دستگاه كوانتومتر آناليز و ترکيب شيميايي به دست آمده ودرجدول(1) نشان داده شده است.
نمونه آلياژ آلومينيم عمليات حرارتي شده T6 طبق استاندارد ASTM G-38 به تعداد 10 عدد بصورت ورقهاي با اندازه طولي 60 و عرض 20 و ضخامت 2 ميليمتر در جهت عمود بر نورد بريده و تعداد 5 نمونه جهت عمليات پوشش دهي کروماته آماده گرديد. دماي عمليات از 45 تا 50 درجه سانتيگراد بوده و زمان 20 دقيقه به طول انجاميد. قبل از انجام کروماته قطعه بايستي چربي گيري مي شد و پس از آن نيز بايستي کاملا با آب تميز شسته مي شد. درصد کروماته در پوشش دهي بين 4 الي 5 درصد بود. پس از کروماته قطعات با آب مقطر در دماي 70 درجه سانتيگراد شسته شدند. نمونه ها به دو دسته، دسته ساده يعني بدون پوشش و دسته پوشش داده شده کروماته و به تعداد 5 عدد از هر کدام تقسيم بندي شد.
سپس تمامي نمونه ها طبق استاندارد ASTM G-47 و طبق مراحل شکل (3-1) به حالت حرف C و به نام C-Ring آماده گرديد.سپس طبق شکل (1)، جهت ايجاد يک تنش ثابت،به وسيله يک پيچ بلند دوسر ورق به هم نزديک تر شد. حال قبل ازآنکه قطعات وارد محلول شود، مي بايست قطعات از ناحيه پيچ شده جهت جلوگيري از خوردگي اين نقاط، رنگ و موم مي شد.
به منظور بررسي رفتار خوردگي نمونه هاي کروماته شده در محيط آبي حاوي 3.5 درصد وزني نمك طعام، از روش امپدانس الكتروشيميايي و برون يابي تافل استفاده شد. جهت آزمايشهاي الكتروشيميايي از روش متداول سه الكترودي استفاده شد. نمونه هاي آلياژ آلومينيم 7075-T6 کروماته شده و ساده به عنوان الكترود كار، الكترود
Ag/AgCl حاوي محلول 1 مولار به KCl به عنوان الكترود مرجع و الكترود پلاتين به عنوان الكترودكمكي استفاده شد. نمونه ها در دو گروه آلياژ آلومينيم 7075-T6 پوشش کروماته داده شده (گروه 2و3) و آلياژ آلومينيم 7075-T6 ساده (گروه 1و4) طبقه بندي شدند. نمونه ها به مدت 40 دقيقه در الكتروليت مورد نظر غوطه ور شده و بلافاصله آزمون هاي امپدانس و تافل انجام يافت. سپس محلول 3.5 درصد NaCl براي هر قطعه در ظروف مجزا تهيه گرديد.
وقتي فلز در آب يا محلول نمكي مانندكلريد سديم غوطه ور است به دليل كاهش نفوذ اكسيژن درنواحي كاتدي نرخ خوردگي كاهش مي يابد. يون كلر نقش اصلي در خوردگي را ايفا ميكند. يون كلر باعث تخريب و سوراخ شدن لايه اكسيدي محافظ ميشود. براساس پژوهشهاي بروكشيتيس و كلارك وجود اين يون در اتمسفرهاي دريايي باعث ميشود كه نرخ خوردگي آلومينيم حدود 22 برابر بيشتر از نرخ خوردگي اتمسفرهاي روستايي مي شود. [ 4]
با بررسي در 28 روز ازتاريخ شروع خوردگي به علت نفوذ يونهاي کلر درنمونه هاي ساده به پوسته اکسيدي آلومينيم و ترد وشکننده نمودن آن، ترکهاي ماکروسکوپي در نمونه هاي ساده و بدون پوشش مشاهده و پس از گذشت 48 روز با ديدن ماکرو ترکها در نمونه پوشش داده کروماته، جهت آناليز و تحليل آن، ابتدا از ميکروسکوپ نوري و سپس از ميکروسکوپ الکتروني رويشي (SEM) و EDX آن، همچنين ميکروسکوپ الکترون عبوري (TEM) و EDS استفاده شد.
نتايج و بحث
بررسي شيميايي سطح آلياژآلومينيم 7075-T6
چنانچه با آزمون کوانتومتري ديده شد، حضور بالاي عناصري همچون Cu ,Mg و Zn بود. مهمترين پديده در آلياژهاي گروه 7000 پديده پيرسختي است. در آلياژ آلومينيم 7075-T6 طي پيرسخت شدن، خوشه‌هاي Cu و Mg تشکيل مناطق منظم (GPB) با فصل مشترک هم‌سيما مي دهند. اين مناطق ريخت‌شناسي ميله مانندي سرشار از Mg و Cu دارند. ادامه پيرسازي موجب افزايش کرنش‌هاي هم‌سيمايي با تشکيل فازهاي ثانويه ميگردد. فاز ثانويه عمدتا داراي ترکيب
Al2CuMg مي‌باشد[6] و ترجيحا روي نابجايي‌‌ها و حلقه‌هاي نابجايي جوانه مي‌زند تا انرژي جوانه‌زني را کاهش دهد. رفتار الکتروشيميايي رسوب بستگي به فاز زمينه اش دارد. اين رسوب در ابتدا آنديست اما با گذشت زمان، به دليل سرعت بالاي خورده شدن Mg، رسوب از Mg تهي مي گردد، کاتدي شده و موجب خوردگي زمينه در نواحي اطراف رسوب ميشود.
بررسي آزمون هاي الکتروشيميايي
باتوجه به اينکه نمونه ها در دو گروه آلياژ آلومينيم 7075-T6 پوشش کروماته داده شده (گروه 2و3) و آلياژ آلومينيم 7075-T6 ساده (گروه 1و4) طبقه بندي شدند و با توجه به شكل(2) و مقايسه نرخ خوردگي نمونه هاي 1 تا 4 براي محلول 3.5 درصد NaCl كه در جدول(2) و جدول(3) آورده شده، مشاهده ميگردد كه آزمون تافل هم تاييدي بر آزمون امپدانس الكتروشيميايي مي باشد و نمونه 2و 3 كمترين نرخ خوردگي را دارد.
بررسي ميکروسکوپ نوري برنمونه هاي ساده و کروماته
شده آلياژآلومينيم T6-7075
در نمونه هاي ساده و بدون پوشش باتوجه به عدم پوشش، خوردگي سريع تر و يون کلر راحت تر نفوذ کرده و لايه پسيو Al2O3 را شکسته و مقدمات ترک را فراهم مي کند. دربررسي هاي ميکروسکوپ نوري با بزرگنمايي 50 برابر مشاهده گرديد مهاجرت يونهاي کلرايد از محلول اصلي به ناحيه ترک نه تنها در جهت عمود بر سطح بوده، بلکه با توجه به قسمت (a) درشکل (3)، در جهت موازي سطح نيز توانسته مرز دانه ها را بشکند و درجهت موازي مرز دانه ها حرکت و نفوذ کند. هندسه نوک ترک را در قسمت (b) شکل (3) مشاهده مي کنيد. در اين شکل يک ناحيه شروع خوردگي و ناحيه ديگري که نشانگر منطقه پيشروي خوردگي مي باشد، ديده مي شود. در قسمت (c) که قسمتي از ترک بوجود آمده نمونه پوشش دار کروماته شده نمايان است، به خوبي تغيير جهت ترک در مرز دانه ها به دليل استحکام پوشش را مي توان مشاهده کرد.
بررسي ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و EDX نمونه هاي ساده و کروماته آلياژ آلومينيم 7075-T6
براي بررسي بهتر رسوبات و همچنين تحليل بهتر نمونه ها، از ميکروسکوپ الکتروني SEM استفاده شد.
آلومينيم جزء فلزات اکتيو- پسيو مي باشدکه در دامنه pH بين 4.4 تا 8.4 خود را روئين کرده و خوردگي کمي رانشان مي دهد. ميزان و نحوه خوردگي آلومينيم عملا بستگي به لايه محافظ آن دارد که در نمونه هاي ساده باتوجه به وجود تنش ثابت وکششي سطح آن، لايه اکسيدي تشکيل شده که اکسيد آلومينيم هيدراته شده
(Al2O3. xH2O) است، طبق يک سيکل شکسته و ترميم شده و نفوذ يونهاي کلرايد راحت تر صورت مي گيرد.
تصاوير ميکروسکوپ SEM مربوط به نمونه هاي ساده و بدون پوشش کروماته در شکل (4) به خوبي رسوبات اکسيد آلومينيم هيدراته شده (Al2O3. xH2O) و همچنين بلورهاي NaCl و کلرايد قابل مشاهده است. همچنين حفرات ايجاد شده توسط يونهاي کلرايد و آب که يک خوردگي حفره اي ضعيف را جهت شروع ترک فراهم مي کنند.
همچنين باتوجه به تصوير SEM ترک ايجاد شده از خوردگي تنشي نمونه ساده، مي توان شکسته شدن لايه اکسيدي تشکيل شده در داخل شکاف ترک را مشاهده کرد. شکل (5)
در نمونه هاي پوشش داده شده کروماته تنها زماني خوردگي را خواهيم داشت که تنش، در مدت زمان بالا ميکروترکها را ايجاد، سپس ميکروترکها راه را براي حمله يونهاي کلر جهت خوردگي و آزاد سازي Al+3 باز کنند.البته در اين نمونه ها نمي توان از نقش پوسته اکسيدي Cr2O3 چشم پوشي کرد که با تشکيل آن، تا حدي سرعت خوردگي کاهش مي يابد ولي با توجه به ترد وشکننده بودن اين پوسته، در حين تنش، اين پوسته نيزشکسته و بصورت متخلخل در دهانه ترک مي ماند. در اينجا هيدروليز يونهاي فلزي، برسرعت خوردگي اثرگذاشته ومنجر به فعال شدن سطح ناحيه شکاف ترک مي شود.
بر اساس واکنش زير:
+Al+3 + H2O ↔ Al(OH)+2 + H
مي توان pH در ناحيه ترک را اسيدي دانست که در حقيقت هيدروليز يون Al به صورت اين واکنش، باعث اسيدي شدن محلول ناحيه ترک مي گردد.
باتوجه به بررسي رسوب تشکيل شده و عناصر موجود بر سطح نمونه نيز آناليزعنصري EDX بر روي سطح صورت گرفت و درشکل (6) مشاهده مي شود و ميزان عناصر در جدول(4) آورده شده است. ميزان بالاي کلر بر سطح به خوبي تاييد مي گردد.
درشکل(7) تصوير SEM ترک ايجاد شده از خوردگي تنشي نمونه پوشش داده شده کروماته آلومينيم 7075-T6 مشاهده ميشود.
در پوشش تبديلي کروماته، حضور يون فلورايد به عنوان يک فعال کننده، براي شکل گيري حفاظت است. رشد فيلم در CCCs1 بدون يون فلورايد بسيار آهسته است. انحلال فلورايد باعث مي شود تا اکسيد آلومينيم (Al2O3) ابتدا بر روي سطح موجود نشسته و اجازه دهد تا اکسيداسيون کروم (Cr+3/ Cr6) واکنش داده و پوشش رسوبي تشکيل گردد.
واکنش ها به شرح زير است : [5]
باتوجه به بررسي رسوب تشکيل شده و عناصر موجود بر ترک نمونه نيز آناليزعنصري EDX بر نوک ترک صورت گرفت و در شکل (8) مشاهده مي شود و ميزان عناصر در جدول (5) آورده شده است. چنانچه گفته شد عنصرکرم دراينجا با تشکيل Cr2O3 تا حدودي از پيشروي يونهاي کلرايد جلوگيري کرده و مقدار آن را نسبت به حالت نمونه ساده تا حدود يک چهارم کاهش داده است. اما بايد گفت با تدام تنش ثابت در اين منطقه، اين پوسته ترد و شکننده، در درون شکاف ترک شکسته شده و متخلخل مي گردد.
بررسي ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) نمونه کروماته شده آلياژآلومينيم 7075-T6
در شکل (9) چنانچه مشاهده مي شود، تصوير ميکروسکوپ الکتروني TEM که در آن ضخامت لايه پوشش داده شده در حدود ~150-300 nm مي باشد.
Mg فلز بسيار فعالي است و به همين دليل تمايل زيادي به شرکت در واکنش‌ها و حضور در ترکيبات بين فلزي دارد. همچنين داراي حد حلاليت کناري در Al مي باشد. رفتار خوردگي آلياژهاي گروه 7000 ارتباط مستقيمي با رفتار خوردگي Al-Cu-Mg و ساير ترکيبات Mg دارد. دياگرام فازي Al-Mg را در شکل (10) مي بينيد.
وجود مقادير Mg در تمام اين رسوبات حاکي از اهميت اين فلز در فرآيند رسوب گذاري است. همچنين Mg به تنهايي مي تواند با Al وارد واکنش شده و تشکيل ترکيباتي مثل Al8Mg5 و Al3Mg7 بدهد که عمدتا در مرز دانه شکل مي‌گيرند. اين ترکيبات نسبت به داخل دانه آندي بوده و استعداد آلياژ را در خوردگي مرز دانه‌اي تقويت مي کنند.
پس به نوعي مي توان گفت عمدتا حفرات ايجاد شده مي تواند در مرزدانه هاي ترکيباتي مانند Al2CuMg روي دهد و ترک هاي به وجود آمده از نوع بين دانه اي باشد. شکل(11)
مکانيزم خوردگي تنشي آلياژآلومينيم –T67075
ـ مکانيزم خوردگي تنشي آلياژآلومينيم –T67075
(در ديد ماکرو)
مکانيزم خوردگي تنشي را مي توان بر پايه مراحل زير مطرح کرد:
بطور ابتدائي، واکنش آندي وکاتدي مي تواند در داخل ترک به خوبي در بيرون ترک نيز رخ دهد.
سرانجام، به دليل تخليه اکسيژن در ناحيه ترک، تنها واکنش آندي درناحيه ترک انجام شده و ديگر واکنش کاتدي قادريه انجام در اين ناحيه نيست.
به منظور خنثي شدن باردر ناحيه شکاف، مهاجرت يونهاي کلرايد از محلول اصلي به ناحيه شکاف که يونهاي فلزي در آن موجود است، صورت مي گيرد.
هيدروليز محلول کلرايد فلز در ناحيه ترک باعث افت pH در اين ناحيه مي شود.
يونهاي کلرايد و يونهاي هيدروژن در ناحيه شکاف به واکنش آندي کمک کرده و باتوجه به تنش ثابت، منجر به تسريع خوردگي تنشي مي شوند.
واکنشهاي انجام گرفته براي آلياژ آلومينيم 7075 را مي توان به صورت زير بيان کرد:
واکنش آندي (اکسيداسيون، از دست دادن الکترون):
(انحلال فلز): Metal - e → Metal
مانند: Al → Al+3 + 3e
واکنش کاتدي(احياء،گرفتن الکترون):
مانند احياء يون هيدروژن و اکسيژن:
O2 + 2H2O + 4e → 4OH (pH↑)
2H+ + 2e → H2↑
تجزيه آب H2O → H+OH
Al3(Cl)3+3H2O→Al(OH)3↓+3H(Cl) (pH↓)
بطور کلي اعتقاد بر اين است که پس از شکست پوشش تبديلي کروماته، يک بي ثباتي از فيلم اکسيد منفعل از کروم به دنبال تنش در معرض آن را خواهيم داشت. مکانيزم محافظت پوشش تبديلي کروماته، مسدود کردن منافذ فعال و نقص توسط فيلم (Cr(III مي باشد.
واکنش آندي انحلال آلومينيم:
2Al + 3H2O → Al2O3 + 6H+ + 6e-
و واکنش کاتدي رسوب مواد پوشش:
Cr2O7-2 + 8H+ +6e- → Cr2O3•H2O + 3H2O
ـ مکانيزمهاي حل شدن
تشديد حل شدن در اثر تنش: ترک با انحلال آندي موضعي گسترش مي يابد. نقش اصلي تغيير شکل پلاستيکي تشديد فرآيند حل شدن مي باشد.
تشکيل فيلم در ديواره ترکها، بر اساس مکانيزمهاي هم صفحه‌اي بودن نابجايي ها: ترکها در محلي که پله‌هاي لغرشي به سطح مي‌رسند، شروع مي شوند. رشد ترکها در نتيجه انحلال فلزي است که در حال تسليم است. با رشد ترک، پوسته روي ديواره ي ترک مجددا تشکيل ميشود و به عنوان کاتد عمل مي کند.
غني شدن نسبت به عنصر نجيب
ترک خوردن در اثر خوردگي تنشي با شکستن و پاره شدن مداوم فيلم هاي غيرفعال پيشروي مي کند.
مهاجرت يون کلريد
بطورکلي حضور حفرات به دليل مستعد بودن آلياژ به خوردگي حفره اي در محيط هاي حاوي يون كلر است. يون كلر شعاع يوني نسبتاً كوچكي داشته و همچنين، در محلولهاي آبي از موبيليته بالايي برخوردار است. بنابراين، در لايه اكسيدي روي سطح نفوذ كرده و باعث تشكيل حفره ميشود.
هم چنين -Cl مي تواندجانشين، -OH درتركيب Al(OH)3 شود و توليد AlCl3 كند و اين باعث مي شود فيلم اكسيدي محافظ، خاصيت خود را از دست بدهد.
نتيجه گيري
ضخامت لايه پوشش داده شده که بين 0.1 تا 10 ميکرون مي باشد، و اين اختلاف محدوده به خاطر نقش ترکيباتي همچون Al2CuMg است که پوشش در ضخامتهاي بيشتر، مقاومت به تنش و خوردگي تنشي بهتري را نشان داد.
چون طبق استانداردهاي ASTM G-38 و ASTM G-47 مي‌بايست حتما جهت اتمام آزمون و شروع بررسي هاي آناليز ميکروسکوپي مي بايست ترکهاي ماکرو ديده مي شد، لذا در مدت زمان 670 ساعت ترکهاي ماکرو در نمونه هاي ساده ديده شد،که احتمال مي رود به علت تشکيل پوسته اکسيدي و کاهش ديد ترکها، اين زمان کمتر نيز بوده است.در نمونه هاي پوشش تبديلي داده شده کروماته، ماکروترکها در حدود 1150 ساعت ديده شد.
افزايش مقاومت به خوردگي فلز يا پوشش تبديلي کروماته، در حالت اخير به طولاني شدن زمان ظهور اولين آثار خوردگي بر روي فلز پايه و فلز پوشش منجر شد.
از بررسي خوردگي تنشي تحت يک تنش ثابت از نمونه هاي ساده و بدون پوشش با نمونه هاي پوشش داده شده کروماته، مکانيسمهاي خوردگي بين دو نمونه تحليل و زمان خوردگي ها و پيدايش ميکروترکها بررسي شد.
ازبررسي ميکروسکوپي نمونه ها اثرات Al2CuMg در محيط خورنده فهميده شد که چه اثرات مخربي برخواص سطحي آلياژ آلومينيم 7075-T6 پوشش کروماته شده و بدون پوشش، داشته وسبب ايجاد حفره هايي روي سطح شده است که اين حفره ها مي توانند به عنوان مراکز تمرکز تنش عمل کنند و در حضور يک تنش ثابت، افت خواص مکانيکي را به دنبال خواهد داشت.
با به وجود آمدن اولين ميکرو ترکها و نفوذ يونهاي مهاجم به داخل شکاف ترک، محيطي اسيدي در شکاف ترک به وجود مي آيد که تسريع شديد خوردگي و آزادسازي سريع يونهاي آلومينيم را به دنبال خواهد داشت.
با توجه به اينکه اکسيد آلومينيم يک مانع موثر در مقابل نفوذ يونهاي کلرايد و آب به سطح آلياژ نمي باشد، بنابراين نفوذ يونهاي کلرايد به سطح آلياژ تعيين کننده سرعت خوردگي نيست. بلکه مرحله تعيين کننده، شکست لايه رويين کروماته و تشکيل محلولي در عيوب در فصل مشترک فيلم – فلز است که آن يک انحلال اکتيو فلز را موجب مي شود.
پيشنهادات جهت تحقيقات آينده
بررسي پوششهاي داکرومت بر روي آلياژهاي صنايع هوايي
بررسي خوردگي هاي موضعي خاص بر روي آلياژهاي صنايع هوايي که منجر به خسارات جبران ناپذيري مي گردد.
دست يابي به نانو پوششهاي تبديلي خاص که بتواند با تنشهاي ثابت و يا سيکلي، از خود مقاومت بالاتري را نشان دهد.
دسترسي به داده هاي نرخ رشد خستگي فوق العاده بالاي خلاء در شکاف و همچنين تاثير ريز ساختار ترک، در آلياژهاي صنايع هوايي
اندازه گيري با دقت بالا و مدل سازي المان محدود از تنش و فشار ونفوذ هيدروژن به نوک منطقه ترک و تنش. به طور مثال اندازه گيري محاسبات خوردگي بر سطح ترک براي غلظت هيدروژن يا يونهاي مهاجم درمحيط هاي مختلف و مدلسازي مکانيکي نوک ترک و بررسي ناحيه پلاستيک آن در حضور تنش‌ها
شناسايي مکانيزم اساسي هيدروژن وکلرايدکه در آن آسيب خستگي در نرخ رشد پايين باتوسعه معيارهاي شکست حائز شود. مثلا مشاهدات از تغيير شکل مورفولوژي در 0.5 - 5 ميليمتر در مورد نوک ترک و در کنار آن بررسي ويژگي کريستالوگرافي و سطحي از ترک خوردگي هاي محيطي
مکانيزم مدل مکانيکي- شيميايي نرخ رشد ترک در خوردگي تنشي
بررسي اثرات زيست محيطي بر ميزان رشد ترک تحت دامنه بارگذاري متغير و همچنين قرار گرفتن در معرض محيط شيميايي متغير با زمان در صنايع هوايي
برای اشنایی بیشتر با ارسال کننده مقاله به سایت نشریه پیام آبکار مراجعه نمایید
