ارزیابی ریزساختار، ترکیب فازی و خواص پوشش چند لایه ای زیرکونیایی بر روی فولاد API5L در شرایط تک پخت و چند بار پخت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه یزد

2 گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه شهرکرد

چکیده

هدف از این پژوهش ایجاد پوشش سل ژل زیرکونیا بر روی زیرلایه فولادی API5L جهت بررسی اثر تعداد لایه و نوع پخت بر رفتار مقاومت به خوردگی این پوشش ها است. به همین منظور پوشش سل ژل زیرکونیا به شکل چهار لایه و دو لایه با استفاده از پیش ماده زیرکونیوم پروپوکساید به روش فرآیند غوطه‌ وری بر سطح فولاد کربنی API5L اعمال گردید. برای گروهی از نمونه ها بعد از هر لایه پوشش‌ دهی پخت در دمای ˚C 450 به مدت 1 ساعت انجام گرفت، در حالی که گروهی دیگر پوشش‌ دهی به تعداد لایه مورد نظر انجام گرفته و در پایان پخت نهایی اعمال گردید. به منظور بررسی تحولات فیزیکی و شیمیایی انجام شده و تعیین دمای تبدیل حالت آمورف به کریستالی، آنالیز حرارتی افتراقی بر روی ژل و به دنبال آن آنالیز تفرق اشعه X انجام گرفت. برای اطلاع از گروه های یونی و نوع پیوندهای موجود در ژل از آزمون طیف سنجی مادون قرمز و برای مشاهدات ریزساختاری از میکروسکوپ الکترونی جاروبی استفاده گردید. خواص پوشش توسط آزمایشات خوردگی الکتروشیمیایی و میکروسختی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج XRD نشان می‌ دهد که با پخت پوشش در دمای˚C 450 فاز تتراگونال و در دمای˚C550 فاز تتراگونال و منوکلینیک ظاهر می‌ شود. برای نمونه های چند مرتبه پخت شده برای هر دو حالت 4 و 2 لایه ای ریزساختاری همگن تر و مقاومت به خوردگی و میزان میکروسختی بالاتری نسبت به حالت تک پخت حاصل می‌ شود. صرف نظر از نوع پخت خواص نمونه‌ های با پوشش 4 لایه ای  بهتر از نمونه ‌های 2 لایه‌ ای است. 

کلیدواژه‌ها


1. L. Luo., J. Yao., J. Li., J. Yu, Preparation and characterization of sol gel Al2O3/Ni–P composite coatings on carbon steel, Ceramics International, No. 35 (2009) 2741-2745

 2. رمضان عصمت لو، ریچارد کلاس،  حفاظت از خوردگی مواد با استفاده از فناوری نانو، ماهنامه فناوری نانو، سال پنجم، شماره111، دیماه 1385.

3. الهام ستاره، کیوان رئیسی، محمد علی گلعذار، محمد حسین فتحی، پوشش دهی زیرکونیا بر روی فولاد زنگ نزن L316 و بررسی مقاومت به خوردگی آن، نهمین سمینار ملی مهندسی سطح و عملیات حرارتی ایران.

4. R.A. Miller, Ceramic Engineering Science and Processing, 30 )2002 (457-462.

5. C. Giolli, F. Borgioli, A. Credi, A. D. Fabio, A. Fossati,M. M. Miranda, S. Parmeggiani, G.Rizzi, A. Scrivani, S. Troglio, A. Tolstoguzov, A. Zoppi, U. Bardi, Characterization of TiO2 coatings prepared by a modifiedelectric arc-physical vapour deposition system, Surface & Coatings Technology, 202) 2007( 13–22.

6. M. Brunet, H. Mafhoz Kotb, L. Bouscayrol, E. Scheid, M. Andrieux, C. Legros, S. Schamm Chardon, Nanocrystallized tetragonal metastable ZrO2 thin films deposited by talorganicchemical vapor deposition for 3D capacitors, Thin Solid Films, 519 )2011( 5638–5644.

7.G. D. Girolamo, C. Blasi, L. Pagnotta, M. Schioppa, Phase evolution and thermophysical properties of plasma sprayed thick zirconia coatings after annealing, Ceramics International, 36) 2010( 2273–2280.

8. W. Zhen-lin, Z. Rong-chang, Comparison in characterization of composite and sol-gel coating on AZ31 magnesium alloy, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 20) 2010( 665-669.

9. A.J. Lopez , J. Rams, A. Urena, Sol–gel coatings of low sintering temperature for corrosion protection of ZE41 magnesium alloy, Surface & Coatings Technology, 205 (2011) 4183–4191.

10. J.D. Wright, N.A.J. Sommerdijk, Sol gel materials chemistry and Applications, CRC press, OPA Overseas publishers Association, )2001(.

11. C.J. Brinker, G.W. scherer, Sol gel science: The physics and chemistry of sol gel processing, Harcourt Brace Jovanovich (Academic press, Inc), Boston, )1990(.

12. Y.S. Baron, A. Ruiz, Sol–gel coating to reduce 1.25Cr–0.5Mo steel oxidation at 700 ˚C: Catalyst type effect, Corrosion Science, 53 (2011) 1060–1065.

13. M.A. Domnguez Crespo, A. Garca Murillo, A.M. Torres-Huerta, C. Yanez-Zamora, F.de.J. Carrillo-Romo, Electrochemical behaviour of ceramic yttria stabilized zirconia on carbon steel synthesized via sol–gel process, Journal of Alloys and Compounds, 483 (2009) 437–441.

14. F. Perdomol, L.A. Avaca, M.A. Aegerter, P. De Lima Neto, Oxygen-free deposition of ZrO2 sol±gel films on mild steel for corrosionprotection in acid medium, J. Mater. Sci. Lett., 17 (1998) 295–298.

15. نسیم میرکاظمی، امیر مقصودی پور، مرتضی تمیزی فر، سعید باغشاهی، ساخت پوشش سرامیکی  زیرکونیای پایدار شده با ایتریا بر پایه متخلخل به روش سل ژل و تکنیک غوطه وری: بررسی اثر زمان غوطه وری بر ضخامت پوشش، نهمین کنگره سرامیک ایران، 25 و 26 اردیبهشت 92، تهران.

16. S.K. Tiwari, M. Tripathi, R. Singh, Electrochemical behavior of zirconia based coatings on mild steel prepared by sol–gel method, Corrosion Science, 63 (2012) 334–341.

17. A. J.  Kessman, K. Ramji, N.J.  Morris, D. R.  Cairns, Zirconia sol–gel coatings on alumina–silica refractory material for improved corrosion resistance, Surface & Coatings Technology, 204 (2009) 477–483.

18. M. T. Soo, N. Prastomo,  A. Matsudab, G.  Kawamurab, H.  Muto, A.F. Mohd Noor, Z.  Lockman, K. Yew Cheong, Elaboration and characterization of sol–gel derived ZrO2 thin films treated with hot water, Applied Surface Science, 258 (2012) 5250–5258.

19. V.Santos,  M.zani, C.P. Bergmann and J.M. Honemberger,  Corelation between thermal treatment and tetragonal / monoclinic nano structure zirconia powder obtained by sol-gel process, Rev.Adv.Mater.Sci.,17 (2008) 62-70. 20. M. MoraAn-Pinedaa,  S. Castilloa, T. LoApezb, R. GoAmezb Cordero Borboac, O. Novaro,  Synthesis, characterization and catalytic activity in the reduction of  NO by CO on alumina zirconia sol gel derived mixed oxides , Applied Catalysis B: Environmental, 21 (1999) 79-88.

21. RC Garvie, Stabilization of the tetragonal structure in zirconia microcrystals, J. Phys. Chem, 82 (1978)218.

22. اسماعیل نوری، محمد شاهمیری، حمید رضا رضایی، تاثیر عملیات حرارتی بر تحولات فازی، تغییرات مورفولوژیکی و اندازه نانو پودرهای زیرکونیایی سنتز شده با روش سل ژل، فصلنامه فرآیندهای نوین در مواد، سال ششم، شماره دوم، تابستان 1391.

23. مهدی کلانتر، سرامیک­های سازه­ای دما بالا، انتشارات دانشگاه یزد، ص 451، 1387.

24. Y. Hao, J. Li, X. Yang, X. Wang, L. Lu, Preparation of ZrO2–Al2O3 composite membranes by sol–gel process and their characterization, Materials Science and Engineering, 367(2004) 243–247.

25. R. Brenier, A. Gagnaire, Densification and aging of ZrO2 films prepared by sol_gel, Thin Solid Films, 392 (2001) 142-148.

26. M. Atik, C.R. KHA, P. Delimaneto, L.A. Avaca, M.A. Aegerter, j.Zarzycki, protection of 316L stainless steel by zirconia sol gel coatings in 15%H2SO4 solutions, 474 (2009) 178-181.

27. Melissa J. Paterson, Dougal G. McCulloch, Peter J.K. Paterson, Besim Ben-Nissan, The morphology and structure of sol–gel derived zirconia films on stainless steel,Thin Solid Films 311 (1997) 196–206.

28. A. Mehner, W. Datchary, N. leil and  h. W.  Zoch, The Influence of Processing on Crack Formation, Microstructure, Density and Hardness of  Sol-Gel Derived Zirconia Films, Journal of Sol-Gel Science and Technology 36 (2005) 25–32.