توصيفگر ها :
خوردگي , سايش , فولاد زنگنزن , پوشش , پلاريزاسيون , امپدانس , نانوساختار
چكيده فارسي :
در اين پژوهش دو پوشش مختلف از جنس 316L نانوساختار بر روي فولاد AISI4140 به روش پاشش حرارتي HVOF اعمال شد. به‌منظور مقايسه‌ي تأثير ساختار نانوكريستالي بر روي خواص مختلف به‌دست‌آمده از پوششهاي نانوساختار، يك پوشش ميكروساختار با تركيب شيميايي مشابه نيز اعمال و خواص آن موردمطالعه واقع شد. به جهت بررسي و تعيين فازهاي ايجاد شده در پوشش‌ها از تحليل پراش پرتو ايكس (XRD) و به‌منظور بررسي ريزساختار، ضخامت و ميزان تخلخل آن‌ها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد. آزمون چسبندگي پوشش به‌منظور بررسي كيفيت اتصال پوشش به زيرلايه بر روي نمونه‌ها اعمال شد و با انجام آزمون سختي‌سنجي ويكرز، سختي تمامي پوشش‌ها محاسبه گرديد. همچنين به‌منظور بررسي ميزان مقاومت به سايش پوشش‌ها آزمون سايش بر روي نمونه‌هاي پوشش‌دار اعمال شد. مقاومت به خوردگي و رفتار الكتروشيميايي پوشش‌ها در محيط هيدروكلريك‌اسيد و در دماي اتاق توسط آزمون‌هاي الكتروشيميايي خوردگي مورد ارزيابي واقع شد. با بررسي الگوهاي پراش پرتو ايكس مشخص شد در پوششهاي به‌دست‌آمده هيچ‌گونه ناخالصي وجود نداشته و پوشش‌ها صرفاً به دليل افزايش دماي اعمالي در حين فرايند پوشش‌دهي دچار اكسيداسيون و تغيير فاز جزئي شدند. همچنين مشاهده شد كه تمامي پوشش‌ها عاري از هرگونه ترك بوده و از ميزان تخلخل بسيار پاييني برخوردار بودند. علاوه بر اين مشاهده شد كه پوششهاي نانوساختار با ميزان تخلخل كمتر از نيم درصد، داراي بهترين دانسيته و كيفيت بودند. به همين دليل ميزان استحكام چسبندگي پوششهاي نانوكريستالي نيز از پوشش ميكروساختار بيشتر بود. علاوه‌براين مشاهده شد كه به دليل كاهش اندازه‌ي كريستاليت‌ها در پوششهاي نانوساختار، افزايش 120 درصدي در سختي اين پوشش‌ها نسبت به پوشش پلي‌كريستالي به دست آمد. همچنين پوشش نانوساختار با اندازه ذرات ريز، با پيروي از رابطه‌ي هال – پچ سختي بيشتري نسبت به پوشش نانوساختار با اندازه‌ي درشت از خود نشان داد. پس از انجام آزمون سايش و با بررسي نتايج حاصل از ارزيابي طيف‌سنجي انرژي پرتو ايكس (EDS) كه بر روي سطوح ساييده شده صورت پذيرفت، مشاهده شد كه به دليل مقاومت به سايش بالاي پوششهاي نانوساختار، براده‌برداري و تخريب بر روي جفت سايشي آلومينايي نيز توسط پوشش نانوساختار پديدآمده است. علاوه بر اين، مشاهده شده كه به دليل ذوب سطحي بهتر و نيز امتزاج همگن‌تر پوششهاي نانوساختار، استحكام هم‍چسبي در بين ذرات موجود در اين پوشش‌ها نيز افزايش يافت. اين رفتار پوششهاي نانوساختار در كنار افزايش سختي آن‌ها باعث بهبود حدوداً 11 برابري مقاومت به سايش اين پوشش‌ها گرديد. به عبارت ديگر مشاهده شد كه كاهش وزن اين پوشش‌ها پس از آزمون سايش نسبت به پوشش 316L ميكروساختار به ميزان چشمگيري كاهش يافت. علاوه بر اين، نتايج حاصل از طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) نشان داد كه پوشش‌ها قادر به جلوگيري از دسترسي محلول خورنده به زيرلايه نبوده‌اند، اما مقاومت به خوردگي نمونه‌هاي پوشش‌داده‌شده نسبت به نمونه‌هاي بدون پوشش افزايش يافته و شدت‌جريان خوردگي آن‌ها كاهش يافت. همچنين مشاهده شد كه پوششهاي نانوساختار به دليل تراكم بالاتر و تخلخل كمتر، خواص خوردگي مطلوب‌تري نسبت به پوششهاي ميكرو‌كريستالي از خود نشان دادند.
چكيده انگليسي :
In this research, two different nanostructured 316L coatings were applied onto AISI4140 steel surfaces utilizing the High-Velocity Oxygen Fuel (HVOF) thermal spray technology. The primary objective of this study was to discern the impact of nanocrystalline structure on the various properties exhibited by these nanostructured coatings. To facilitate a comprehensive comparison, a microstructured coating, sharing a similar chemical composition, was concurrently deposited and subjected to thorough property assessments. Experimental analyses involved a multifaceted approach. X-ray Diffraction Analysis (XRD) was deployed to ascertain the phases present within the coatings. Scanning Electron Microscopy (SEM) was utilized to scrutinize the microstructure, thickness, and porosity of the coatings. Furthermore, an adhesive strength assessment was conducted to evaluate the coating’s adhesion properties. The Vickers hardness test was employed to ascertain the hardness of all coatings. Wear tests were executed to assess the coating’s resistance to abrasion, while Electrochemical Corrosion Tests were performed to evaluate corrosion resistance and electrochemical behavior in a hydrochloric acid environment at room temperature. Notable findings from this investigation include the nearly impurity-free composition of the coatings, their susceptibility to oxidation and partial phase alteration due to temperature increase during the coating process, and their remarkable resilience against visible cracks and low porosity. Notably, nanostructured coatings with less than one percent porosity exhibited superior density and quality, resulting in heightened adhesive strength when compared to microstructured coatings. The reduction in crystallite size within nanostructured coatings led to a remarkable 120% increase in hardness compared to polycrystalline counterparts. Additionally, the fine-grained nanostructured coating exhibited superior hardness, as corroborated by the Hall-Patch equation. Wear tests revealed the outstanding wear resistance of nanostructured coatings, which caused abrasion and damage to the alumina ball. Furthermore, enhanced surface melting and homogeneous mixing within these coatings augmented adhesive strength among particles, resulting in an approximately 11-fold improvement in wear resistance compared to microstructure 316L coating. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) results indicated that while the coatings did not entirely impede corrosive solution access to the substrate, they significantly enhanced corrosion resistance compared to uncoated substrates, reducing corrosion current intensity. Notably, nanostructured coatings exhibited superior corrosion properties attributable to their higher density and lower porosity.
