توصيفگر ها :
اكسيداسيون , پاشش حرارتي , پوشش آلومينيوم , پوشش آلومينيوم-مس , گرافيت
چكيده فارسي :
يكي از روش‌هاي مؤثر براي بهبود اكسيداسيون جانبي الكترودهاي گرافيتي، پوشش‌هاي مقاوم در برابر اكسيداسيون مي‌باشد. در اين پژوهش، استوانه‌هاي گرافيتي به روش پاشش حرارتي قوس الكتريكي پوشش داده شدند و دو نوع پوشش مورد بررسي قرار گرفت: پوشش يك لايه از جنس آلومينيوم و پوشش دو لايه با لايه مياني از جنس آلومينيوم و لايه فوقاني از جنس مس. سپس آزمون اكسيداسيون در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد به مدت 6 ساعت (4 سيكل با مدت زمان هر سيكل 5/1 ساعت) در اتمسفر هوا انجام شد. به منظور بررسي و مقايسه‌ي رفتار اكسيداسيون پوشش‌ها، بررسي‌هاي فازي و ريزساختاري انجام شد. نتايج حاصل از آزمون پراش پرتوي ايكس نمونه‌ي با پوشش آلومينيوم حضور فاز آلومينيا را نشان داد. در پوشش آلومينيوم-مس علاوه بر آلومينا، اكسيد مس و آلومينات نيز شناسايي شد. تصاوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي از سطح مقطع پوشش آلومينيوم نشان دهنده‌ي حضور آلومينا و آلومينات در لايه اكسيدي رشد حرارتي كرده مي‌باشد. آلومينات تنش بيشتري نسبت به آلومينا ايجاد مي‌كند. همچنين غيريكنواختي توزيع تنش در محل تشكيل اين اكسيد، انبساط حجمي و رشد سريع‌تر نسبت به آلومينا منجر به تخريب پوشش از ناحيه اكسيدي رشد حرارتي كرده مي‌شود. با مقايسه مورفولوژي سطح پوشش‌ها پس از آزمون اكسيداسيون مي‌توان نتيجه گرفت كه به دليل ريزساختار درشت‌تر و غيرمتراكم‌تر آلومينات نسبت به آلومينا، مسيرهاي بيشتري براي نفوذ اكسيژن فراهم مي‌شود. بررسي نرخ اكسيداسيون نشان داد كه هر دو پوشش از قانون نرخ سهموي تبعيت مي‌كنند. پس از گذشت 5/1 ساعت اكسيداسيون، كاهش وزن ناشي از اكسيداسيون براي نمونه‌ي بدون پوشش، با پوشش آلومينيوم و آلومينيوم-مس به ترتيب 35، و 26 درصد مي‌باشد. هر دو پوشش 9 درصد كاهش وزن ناشي از اكسيداسيون نسبت به نمونه‌ي بدون پوشش داشتند. اما با گذشت زمان نرخ اكسيداسيون نمونه‌ي با پوشش آلومينيوم-مس نسبت به پوشش آلومينيوم افزايش يافته است. بطوريكه پس از 5/4 ساعت كاهش وزن ناشي از اكسيداسيون براي نمونه‌ي بدون پوشش، با پوشش آلومينيوم و با پوشش آلومينيوم-مس به ترتيب 83، 71 و 79 درصد مي‌باشد. در پايان آزمون اكسيداسيون (پس از 6 ساعت) اين مقادير به ترتيب 94، 85 و 87 اندازه‌گيري شد. بررسي‌هاي چشمي نشان داد كه در پايان آزمون اكسيداسيون گرافيت در تمامي نمونه‌ها بطور كامل تصعيد شده بود و اختلاف وزن نمونه‌ها به دليل اختلاف وزن پوسته‌هاي اكسيدي تشكيل شده مي‌باشد.
چكيده انگليسي :
One of the effective methods to improve the side oxidation of graphite electrodes is oxidation-resistant coatings. In this study, graphite cylinders were coated by wire arc spraying method. Two types of coatings were investigated: (1) a one-layer aluminum coating and (2) a two-layer coating -the middle layer of aluminum and the top layer of copper. Then, the oxidation test was performed at 1200 °C for 6 hours (4 cycles with a duration of 1.5 hours per cycle) in the air. Phase and microstructural studies were performed by X-Ray Diffraction Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. The results of XRD of the aluminum-coated sample showed the presence of aluminum and alumina phases in the aluminum coating and copper oxide and aluminate in the aluminum-copper-coated sample. The Scanning Electron Microscopic images of the cross section of the aluminum coating show the presence of alumina and aluminate in the thermally grown oxide layer (TGO). The formation of aluminate introduced more stress than alumina. The non-uniformity of the stress distribution at the site of oxide formation, volume expansion, and faster growth lead to degradation of the oxide region by thermal growth. By comparing the surface morphology of the coatings after the oxidation test, it can be concluded that due to the larger and less dense microstructure of aluminate, more pathways are provided for oxygen penetration. The oxidation rate showed that both coatings follow the parabolic rate law. After 1.5 hours of oxidation, the weight loss due to the oxidation of the uncoated, aluminum-coated, and aluminum-copper coated samples was 35%, 26%, and 26%, respectively. Both coatings showed a 9% weight loss due to oxidation compared to the uncoated sample. Over time, the oxidation rate of the aluminum-copper-coated samples increased compared to aluminum-coated samples. After 4.5 hours, the weight loss due to the oxidation for the uncoated, aluminum coated, and aluminum-copper coated samples was 83%, 71%, and 79%, respectively. At the end of the oxidation test (after 6 hours), these values were measured to be 94%, 85%, and 87%, respectively. Visual examinations showed that at the end of the oxidation test, all samples were sublimated entirely; thus, the difference in the weight of the samples was due to the difference in the weight of the formed oxide shells.
