شماره راهنما :
1791 دكتري
پديد آورنده :
رحمتي، مريم
عنوان :
تأثير تيتانيوم به صورت افزودني يوني بر خواص خوردگي و سايش پوشش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي آلياژ منيزيم AZ31
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 115، 9ص: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
كيوان رئيسي، محمدرضا طرقي نژاد
استاد مشاور :
مونيكا سانتاماريا، امين حكيمي زاد
توصيفگر ها :
اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي , آلياژ منيزيم , شكل‌موج , خوردگي , سايش
استاد داور :
فخرالدين اشرفي زاده، مريم احتشام زاده، مسعود عطاپور
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/07/07
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/07/17
چكيده فارسي :
در اين پژوهش تأثير دو متغير مهم يعني شكل‌موج اعمالي و افزودني‌هاي پتاسيم فلوريد (KF) و دي پتاسيم هگزا فلوروتيتانات (K2TiF6) بر خواص پوشش‌هاي اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي بر آلياژ منيزيم AZ31 بررسي شده است. پوشش‌دهي در محلول حاوي 5 گرم بر ليتر K2TiF6، درصد تخلخل كم (3/13 درصد)، زبري سطحي پايين، بيشينه سختي (220 نوپ)، مقاومت به خوردگي طولاني‌مدت (7 روز) و يك لايه متراكم MgF2 را ايجاد كرد. زبري و تخلخل پايين به هدايت ويژه محلول (mS cm-1 86/15) كمتر و متعاقباً دانسيته جريان پوشش‌دهي كمتر نسبت داده شد و با افزايش غلظت K2TiF6، ضخامت و تخلخل افزايش يافت. آناليز عنصري و نقشه‌اي پوشش نشان داد كه ذرات تيتانيا و يون‌هاي فلوئور در رشد پوشش مشاركت كرده‌اند. فازيابي پراش پرتوايكس پوشش‌ها نشان داد كه ذرات تيتانيا به‌صورت خنثي و به‌صورت فازهاي آناتاز و آمورف وارد پوشش شده‌اند. همچنين بالاترين عملكرد سدي پوشش در زمان كوتاه غوطه‌وري مربوط به مسدود شدن ميكروحفرات لايه خارجي با ورود ذرات كلوئيدي TiO2 و تشكيل SiO2 آمورف بود. تغيير شكل‌موج از حالت‌هاي تك‌قطبي به دوقطبي و افزايش پهناي پالس كاتدي از 10 درصد به 20 و سپس 30 درصد (جرقه‌زني نرم) منجر به كاهش دانسيته جريان آندي شد. براي حالت‌هاي جرقه‌زني نرم، نقص‌ها و عيوب تشكيل‌شده در طي فرايند پوشش‌دهي برطرف شدند كه اين به دليل قليايي شدن موضعي محلول‌ها بود كه باعث رشد سريع‌تر و متراكم‌تر شدن لايه اكسيدي مي‌شود. تغيير شكل‌موج و پهناي پالس كاتدي تغييرات جزئي در مورفولوژي پوشش با كاهش درصد تخلخل و زبري پوشش‌ها به وجود آورد. مورفولوژي سطحي تمام پوشش‌ها شامل داربست يا شبكه‌اي از ميكروحفرات، ميكروترك‌ها و گرانول‌هاي اكسيدي بود. ميكروحفرات در ساختار پوشش‌ها به‌صورت منظم و غيرمنظم با دهانه‌هاي باز، نيمه مسدود و كاملاً مسدود به ترتيب ناشي از تشكيل كانال‌هاي ميكروتخليه، ورود ذرات كلوئيدي TiO2 و ترميم نواقص توسط پالس‌هاي كاتدي ظاهر شدند. سطح‌مقطع پوشش‌ها نشان داد كه پوشش‌ها از دولايه مجزا يك‌لايه متخلخل خارجي و يك‌لايه فشرده‌تر داخلي، تشكيل‌شده‌اند. با افزايش پهناي پالس كاتدي، درصد تخلخل به دليل عدم وقوع تخليه‌هاي قوي نوع B، ورود ذرات كلوئيدي TiO2 و اثر ترميمي پالس كاتدي به‌طور قابل‌توجهي كاهش يافت اما روند تغييرات ضخامت افزايشي غيرخطي داشت. نتايج بررسي عملكرد خوردگي بلندمدت حاكي از آن است كه پس از 1 روز غوطه‌وري در محلول 5/3 درصد وزني سديم كلريد، هر دو لايه پوشش (لايه بيروني و داخلي) در حفاظت از زيرلايه نقش ايفا كردند. با افزايش زمان غوطه‌وري به 14 روز، حضور حلقه القايي نشانگر تماس محلول خورنده به‌صورت موضعي با زيرلايه است و در حقيقت در آن مناطق پوشش عملكرد سدي خود را ازدست داده است. بيشترين مقاومت لايه خارجي مربوط به پوشش‌هاي توليدشده در محلول حاوي افزودني K2TiF6 بود كه با افزايش چرخه‌كاري كاتدي افزايش يافت. در مقابل، بالاترين مقادير مقاومت لايه داخلي براي نمونه‌هاي پوشش داده‌شده در الكتروليت حاوي KF به دست آمد. ميزان ورود فلوئور بيشتر، سبب تشكيل بيشتر فاز MgF2 در لايه داخلي در فصل‌مشترك پوشش/ زيرلايه اين پوشش‌ها شد كه پديده اثر سدي لايه داخلي پوشش‌ها را تشديد كرد. پوشش حاصل از جرقه‌زني نرم با پهناي پالس كاتدي 30 درصد در هر دو الكتروليت بالاترين مقدار مقاومت لايه داخلي را در زمان‌هاي اوليه غوطه‌وري نشان داد (پس از يك روز غوطه‌وري)، اما مقاومت لايه داخلي پوشش‌هاي حاصل از جرقه‌زني نرم با پهناي پالس كاتدي 20 درصد بعد از 4، 7 و 14 روز غوطه‌وري همچنان بالاترين مقادير را داشتند. تخلخل و زبري بيشتر مهم‌ترين عامل ضريب اصطكاك بيشتر پوشش‌هاي حاصل شده از شكل‌موج تك‌قطبي تشخيص داده شد و افزايش پهناي پالس كاتدي از 10 تا 20 درصد مقاومت به سايش را بهبود داد. پوشش‌هاي توليدشده در محلول حاوي K2TiF6 نسب به KF با ضخامتي تقريباً معادل، نرخ و حجم سايش كمتري تحت نيروهاي 3 و 5 نيوتن از خود نشان دادند بنابراين نتيجه گرفته شد كه مشاركت ذرات TiO2 سبب بهبود خواص سايشي پوشش‌ها مي‌شود.
چكيده انگليسي :
This study investigated the effects of the most two important parameters i.e., the applied waveform and additives such as potassium fluoride (KF) and dipotassium titanium hexafluoride (K2TiF6) on properties of plasma electrolytic oxidation coatings on AZ31 Mg alloy. The coating formed with of 5 g l-1 K2TiF6 concentration was made low porosity present (13.3 %), low surface roughness, maximum micro-harness (220 HK25), highest corrosion resistance at long-immersion times (up to 7 days), and inner compact MgF2 layer. The low roughness and porosity were attributed to lower current density response to applied potential and lowest conductivity (15.86 mS cm-1) and, the average thickness and porosity increased with increasing K2TiF6 concentration. The elemental and maps analysis of coatings indicated the incorporation of TiO2 particles and F- ions. The phase composition of X-Ray diffraction patterns showed that the TiO2 particles inertly incorporate into the coating as an amorphous and anatase crystalline phase. The change of waveform from unipolar, the bipolar with 10% cathodic duty cycle, and the soft-sparking waveform with 20% and 30% cathodic duty cycles were caused to decrease anodic current density. For bipolar and soft sparking waveform, the defects are repaired during the process and current density is decreased that due to local alkalization of regions of electrolytes could cause the oxide layer to grow faster and denser. The change of waveform and width of the cathodic pulse was caused by a slight change in morphology through decrease porosity percent and roughness of coatings. The surface morphology of all coatings is composed of a net-like and /or scaffold structure of micro-pores, micro-cracks, and granules of oxide molten. The micro-pores of the structure of the coatings were presented mainly regular irregularly shaped with open mouth, semi-sealed, and fully sealed due to formed random discharge channels, the incorporation of TiO2 colloidal particles, and repairing of defects by cathodic pulses based applied waveform respectively. The cross-sectional of the coatings was showed that the coating is composed of two distinct layers, a porous outer layer, and a more compact inner layer. The increase of the cathodic duty cycle, The porosity percent was considerably reduced due to the elimination of the strong discharges B-type, the entry of TiO2 colloidal particles in micro-pores, and the effect of the repairing of the cathodic pulse but the change of increased thickness is not linear. The result of long-term corrosion performance of the coatings was revealed that after 1 day of immersion in 3.5 wt. % NaCl solution, two layers of coatings (outer and inner layer) are responsible for complete barrier protection of the substrate. With increasing the immersion time to 14 days, the presence of an inductive loop was indicated that some areas of the coating are so let the aggressive solution can directly contact with the substrate, thus the coating had lost its barrier performance in those areas. The maximum Rout values are related to the coatings produced in the solution containing the K2TiF6 additive which was increased with incrementing cathodic duty cycle. In contrast, the highest Rin values are obtained for the specimen coated in the solution containing KF. The more F intake is caused by the formation of the MgF2 phase in the inner layer in the substrate/coating interface which intensified the phenomenon of the barrier effect of the inner layer of coatings.
استاد راهنما :
كيوان رئيسي، محمدرضا طرقي نژاد
استاد مشاور :
مونيكا سانتاماريا، امين حكيمي زاد
استاد داور :
فخرالدين اشرفي زاده، مريم احتشام زاده، مسعود عطاپور
