افزايش مقاومت به خوردگي موضعي تيتانيم خالص تجار در محيط اسيد سولفوريک با استفاده
از روش اکسيداسيون پلاسما الکتروليتي
حمید نیازي1*، فرهاد گلستانی فرد2 و محمد شاهمیري3 چکيده
پوشش دي اکسید تیتانیم با استفاده از روش اکسیداسیون پلاسماي الکترولیتی در یک مرحله و طی زمان کوتاهی (ده دقیقه) روي سطح تیتانیم خالص تجاري اعمال شده است. در این پژوهش رفتار خوردگی تیتانیم خالص تجاري و نمونه پوشش داده شده با این روش در محیط اسید سولفوریک مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب فازي و ریخت شناسی سطحی پوشش ایجاد شده به ترتیب توسط پراش سنجی پرتوي ایکس4 و میکروسکوپ الکترونی روبشیمورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از پراش سنجی پرتوي ایکس نشان داد که پوشش بدست آمده از فاز آناتاز با ترکیب شیمیایی دي اکسید تیتانیم تشکیل شده است و در شرایط پوشش دهی فاز روتایل7 تشکیل نشده است. علاوه بر این بررسی هاي میکروسکپی نشان دادند که پوشش ایجاد شده متخلل است و میکرو حفرات با قطر چند میکرو متر در اثر فرآیند چرقه زنی روي سطح پوشش ایجاد شده اند.آزمایش هاي الکتروشیمیایی پتانسیل مدار باز، پلاریزاسیون سیکلیدر محیط هوازدایی شده حاوي 40 گرم بر لیتر اسید سولفوریک و 40 گرم بر لیتر کلرید سدیم انجام شد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که افزون بر افزایش پایداري ترمودینامیکی تیتانیم در محیط آزمایش، نرخ خوردگی بیش از هشت مرتبه کاهش می یابد. مهم ترین دست آورد ایجاد پوشش اکسیدي ایجاد شده، افزایش مقاومت به خوردگی موضعی تیتانیم در محیط آزمایش است.

واژهها کليد : رفتار خوردگی، خوردگی موضعی، دي اکسید تیتانیم، اکسیداسیون پلاسماي الکترولیتی.

– کارشناس ارشد مهندسی مواد و متالورژي، دانشگاه علم و صنعت ایران.
– استاد دانشکده مهندسی مواد و متالورژي، داشنگاه علم و صنعت ایران.
– استادیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژي، دانشگاه علم و صنعت ایران.
[email protected], [email protected] :نویسنده مسئول مقاله -*
-X-Ray Diffraction
پيشگفتار
خواصـی نظیـر نـسبت اسـتحکام بـه وزن بـالا، خـواصمکانیکی عالی، مقاومت به خوردگی خوب و خواص زیـستسازگاري عالی موجب کاربرد روز افزون تیتانیم و آلیاژهايآن در صنایع نظـامی، هوافـضا، دریـایی، پزشـکی، انـرژي،برنامــه هــاي هــسته اي، تولیــد مــواد غــذایی، اســتخراجهی دروکربن ه ا، ل وازم ورزشـی، معم اري و غیـره ش ده اس ت[1-6]. تیت انیم از نظ ر ترمودین امیکی فل ز فع الی محــسوب مــی شــود و بــر اســاس ســريemf ، پتانــسیل استاندارد آن نسبت به الکترود هیدروژن برابر 63/1- ولـتاست. با توجه به این تمایـل ترمودینـامیکی، هنگـامی کـهسطح تیتانیم در معرض اتمسفر محیط و یا الکترولیتهاي آبی و غیر آبی (محلول اتانول و آمونیاك[7] ) قـرار گیـرد،به سرعت اکسید میشود. ایـن لایـه اکـسیدي، بـه عنـوانم انعی بــین محــیط اطــراف و فلــز عمــل مــی کنــد و از اکسیداسیون بیش تر تیتانیم جلوگیري میکند. در نتیجـه، این فلز مقاومت خوبی نـسبت بـه خـوردگی یکنواخـت درمحیطهایی مثل آب مقطر، آب دریـا (هـوا زدایـی شـده واکسیژن دار ) و آب شـور دارد. افـزون بـر ایـن، تیتـانیم درمحیطهاي حـاوي اسـیدهـاي اکـسیدکننـده مثـل اسـیدکرومی ک و اس ید نیتری ک ب ه دلی ل ت شکیل ی ک لای ه غیرفعال، مقاومت به خوردگی خوبی دارد. در نقطه مقابلفیلم اکسیدي تشکیل شده روي تیتـانیم، در محـیطهـاياسیدي، مثل اسید سولفوریک و اسید کلریدیک حل شـدهو در نتیجه نمیتواند از تیتانیم محافظت کند[8]. این لایهاکسیدي در محیط هاي ساینده و همچنین، در محیط هاي اسیدي احیایی از بین می رود و سطح ایـن فلـز در معـرضمحیط خورنده قرار میگیرد. به همین دلیل کاربرد تیتانیمبدون اعمال پوشش محافظ روي سـطح آن محـدود اسـت[9-11]. متداولترین و مقرون به صرفه تـرین روش بـرايایجاد پوشش بر روي تیتانیم اکسیداسیون تیتانیم است کهشامل اکـسیداسیون حرارتـی و الکتروشـیمیایی مـی شـود .
روش اکسیداسون پلاسماي الکترولیتی یـا اکـسیداسیونجرقه میکرونی ، روشی نسبتاً جدید براي افزایش ضـخامتلای ه اک سیدي در فل زات ول و مثـل تیت انیم، منی زیم و آلومینیم است . اگرچـه ایـن روش ماهیـت الکتروشـیمیاییدارد، ولی تـشکیل پوشـش طـی آن شـامل اکـسیداسیونالکتروشــیمیایی، اکــسیداسیون حرارتــی و مکــانیزم هــاي ش یمیایی پلاس ما اس ت[12]. مکـانیزم رشـد پوش ش وتشکیل پلاسما در محیط مایع به وسـیله منـابع گونـاگونی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتـدا وقتـی تیتـانیم بـهعنوان آند قرار میگیرد، سطح آن یک لایه اکسید تیتـانیمایجاد میشود. با توجه به اختلاف پتانـسیل اعمـالی بـسیارزیاد که معمولاً چند صد ولت است، یـک لایـه گـازي کـهغالباً از اکسیژن تشکیل شده اسـت اطـراف آنـد را احاطـهمیکنـد . لایـه اکـسیدي و هـمچنـین ، لایـه گـازي عـایقالکتریکی هستند و در نتیجه بار مثبت روي سطح تیتـانیمو بار منفی روي سطح لایه گازي تجمـع مـی کننـد و یـکاختلاف پتانسیل بسیار زیاد بـین سـطح فلـز و الکترولیـتنزدیک آن ایجاد میشود. در اثر این اختلاف پتانسیل زیاد،جرقه هـاي الکتریکـی در نـواحی کـه مقاومـت الکتریکـیکمتري داشته باشند ایحاد شـده و در نتیجـه یـک محـیطپلاسما ایجاد میشود. پـس از شـروع جرقـه زنـی و ایجـادمحـیط پلاسـما، رشـد پوش ش از ایـن طریـق ادامـه پی دامیکند[8 و 13].مزایایی همچون زمان کوتاه انجام فرآیند،هزینه کم تجهیزات، چسبندگی خوب پوشش به زیر لایه واستفاده از الکترولیتهاي دوسـتدار محـیط زیـست توجـهپژوهشگران را از نقاط گوناگون دنیا بـه خـود جلـب کـردهاست[13]. هدف اصلی از ایجاد پوششهـاي اکـسیدي بـهروش اکـسیداسیون جرق ه میکرونـی روي س طح تیت انیم،افزایش مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی ایـن فلـزاس ت[9]. ت اثیر عوام ل زی ادي نظی ر ترکی ب ش یمیایی الکترولی ت[9, 10, 14]، ترکی ب ش یمیایی زیرلای ه[15]، ولتاژ کـاري[11]، زمـان اکـسیداسیون[16]، نـوع جریـانمصرفی [16, 17] و غیره بر ترکیب فازي و ریخت شناسی سطح و رفتار خوردگی پوششهاي اکسیدي تهیه شده بـهاین روش مورد بررسی پژوهشگران قرار گرفته است. هدف از این پژوهش مطالعه تـاثیر ایجـاد پوشـش اکـسیدي بـهروش اکسیداسیون پلاسماي الکترولیتی بر ترمودینامیک وسینتیک خوردگی و همچنین، مقاومت در برابـر حفـره دارشدن تیتانیم در الکترولیـت هـوازدایی شـده حـاوي اسـیدسولفوریک و کلرید سدیم است.

مواد و روش پژوهش
زیرلایه هاي مورد استفاده در این پژوهش، ورق هاي تیتانیم خالص تجاري گرید 2 ساخت کشور اکراین بودند که آنالیز ترکیب شیمیایی آن ها در جدول 1 گزارش شده است. نمونه هایی با ابعاد 3mm 7/0×15×30 از این ورق تهیه شدند. سطح نمونه هاي بریده شده طی چهار مرحله صیقل دادن سطح، قلیاشویی، اسیدشویی و چربی گیري نهایی براي مراحل بعدي پوشش دهی آماده شدند. در مرحله نخست، با استفاده از سنباده هاي 600 تا 1200 خط و خش هاي موجود روي سطح زیرلایه از بین رفت و سطحی یکنواخت و صیقلی بدست آمد. حذف آلاینده هاي آلی مانند چربی ها در این مرحله با استفاده از محلول 60% وزنی هیدروکسید سدیم در دماي 50 درجه سانتی گراد صورت گرفت. در این مرحله زیرلایه ها درون حمامی از محلول بالا که بر روي همزن مغناطیسی قرار دارد، به مدت 30 دقیقه غوطه ور شدند. پس از مرحله قلیاشویی ،زیرلایه ها به مدت 30 ثانیه در محلول 5 درصد اسید فلوئوریدریک تحت عملیات حکاکی قرار گرفتند. در مرحله پایانی سطح زیرلایه ها به مدت 15 دقیقه در اتانول و با استفاده از دستگاه آلتراسونیک تمیزکاري شدند. لازم به ذکر است که در بین مراحل فوق، زیرلایه ها با استفاده از آب مقطر شستشو می شدند.
پیل هاي الکتروشیمیایی از چهار جزء اصلی آند، کاتد ،الکترولیت و اتصالات الکتریکی تشکیل شده اند. در این پژوهش آند یا قطب مثبت، زیرلایه هاي تیتانیمی هستند که در اثر اعمال ولتاژ الکترون هاي خود را از دست داده و با اکسیژن ترکیب می شوند. در این پژوهش از الکترولیت فسفاتی حاوي 10 گرم بر لیتر فسفات سدیم استفاده شده است.کاتد بکار رفته در این پیل الکتروشیمیایی، ظرفی
0239937

عنصر

تیتانیم

آلومینیم

وانادیم

کرم

مس

آهن

منگنز

سایر
عناصر

درصد

وزنی

42
/
99

25
/
0

05
/
0

01
/
0

02
/
0

04
/
0

10
/
0

باقیمانده

عنصر

تیتانیم

آلومینیم

وانادیم

کرم



قیمت: تومان


پاسخ دهید