بررسی اثر غلظت سدیم کربنات روی خواص خوردگی پوشش نیتروکربوره به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سید محمد نوری ¹ , چنگیز دهقانیان ²

1 - فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی مواد گرایش شناسایی و انتخاب مواد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران
2 - استاد رشته مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران

تاریخ دریافت : 1396/06/10 تاریخ پذیرش : 1397/07/15 تاریخ انتشار : 1397/07/01

کلید واژه: امپدانس الکتروشیمیایی, پلاسمای الکترولیتی, نیتروکربوراسیون, پلاریزاسیون پتنسیودینامیک,

چکیده مقاله :

در این تحقیق پوشش نیتروکربوره به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی روی فولاد ساده کربنی Ck45 در الکترولیت حاوی اوره و سدیم کربنات اعمال گردید. به منظور بررسی اثر غلظت افزودنی سدیم کربنات روی مشخصات ساختاری و نیز خواص لایه تولیدی، از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. در ادامه نیز رفتار خوردگی این پوششها با دو روش پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و نیز امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) در محلول 5/3 % سدیم کلرید بررسی گردید. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت سدیم کربنات در الکترولیت از 10 به 30 گرم بر لیتر، ولتاژ شروع جرقه زنی حدود 150 ولت کاهش یافت و حفرات درشت تری در مورفولوژی سطحی این پوششها مشاهده شدند. بعلاوه در اثر این افزایش غلظت، مقدار زبری سطحی پوشش اعمالی حدود 5/1 برابر افزایش پیدا کرد. همچنین، فازهای نیتریدیε-Fe2-3N و γ'-Fe4N، کاربیدی Fe3C و کربونیتریدی Fe[Fe(CN)6]3 در الگوی پراش پرتو ایکس این پوششها شناسایی شدند. نتایج آزمون‌های خوردگی از هر دو روش پلاریزاسیون و امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که پوشش نیتروکربوره تهیه شده در غلظت 20 گرم بر لیتر سدیم کربنات، کمترین مقدار دانسیته جریان خوردگی (A/cm2 6-10×25/2) و بالاترین مقاومت پلاریزاسیون ( Ω.cm233000) را در بین بقیه نمونه‌های پوشش داده شده داشت.

چکیده انگلیسی:

In this research, nitrocarburized coating by cathodic plasma electrolytic process were deposited on CK45 steel substrate in an electrolyte consisted of Urea and Sodium Carbonate. In order to study the effect of sodium carbonate concentrations on structural characteristic and properties of produced layer, XRD and SEM were used. Moreover, corrosion behavior of these coatings were calculated by two different methods of polarization and EIS in 3.5 % NaCl. The results showed that an increase in concentration of sodium carbonate from 10 to 30 g/l caused a decrease of 150 volts in discharge inception voltage and coarser pores were observed on the surface of coating. Due to this increase in concentration, the surface roughness of these coatings increased about 1.5 time. Moreover, ε-Fe2-3N, γ'-Fe4N، Fe3C و Fe[Fe(CN)6]3 phases were detected in XRD pattern of these coatings. The results of both corrosion tests also revealed that the coating prepared in 20 g/l sodium carbonate had the lowest value of icorr (2.25×10-6 A/cm2) and the highest value of polarization resistance (33000 Ω.cm2) among all other samples.

منابع و مأخذ:

References: 1- L. Tonks & I. Langmuir, “A general theory of the plasma of an arc”, Physical review, Vol. 34(6), pp. 876-877, 1927.
2- M. Aliofkhazraei & A.S. Rouhaghdam, Fabrication of nanostructures by plasma electrolysis, John Wiley & Sons, 2010.
3- R.B. Heimann, Plasma-spray coating: principles and applications. John Wiley & Sons, 2008.
4- Z. Bo, Y. Yang, J. Chen, K. Yu, J. Yan, & K. Cen, “Plasma-enhanced chemical vapor deposition synthesis of vertically oriented graphene nanosheets”, Nanoscale, Vol. 5(12),
pp. 5180-5204, 2013.
5- X. Yang, X. Ding, G. Hao, Y. Liang, & J. Lin, “Cathodic Plasma Electrolysis Processing for Metal Coating Deposition”, Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol. 37(1), pp. 177-187, 2017.
6- R.O. Hussein, X. Nie, & D.O. Northwood. "Plasma electrolytic oxidation coatings on Mg-alloys for improved wear and corrosion resistance." Corrosion: Material Performance and Cathodic Protection, Vol. 99, pp. 133-134, 2017.
7- N. Lin, R. Xie, P. Zhou, J. Zou, Y. Ma, Z. Wang, & W. Tian, “Review on improving
75 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 1/ پاییز 1397
wear and corrosion resistance of steels via plasma electrolytic saturation technology”, Surface Review and Letters, Vol. 23(04), pp. 163-165, 2016.
8 ف. مومنی، س. م. موسوی خوئی، بررسی خواص پوشش -
فلزی روی ایجاد شده بر روی فولاد کم کربن در دو الکترولیت
سولفاتی و قلیایی توسط روش پلاسمای الکترولیتی اشباع،
مجله علمی پژوهشی مواد نوین، دوره 6 ، شماره 23 ، بهار 1396 ،
صفحه 18 - 1 .
9- X.Z. Hua, L. Zhou, X. Cui, A.H. Zou, W.B. Xu, and X.L. Zhou, "The Effect of Ammonia Water on the Microstructure and Performance of Plasma Electrolytic Saturation Nitriding Layer of 38CrMoAl Steel", Physics Procedia, Vol. 50, pp. 304-314, 2013.
10- S.A. Kusmanov, Y.V. Kusmanova, A.R. Naumov, & P.N. Belkin, “Features of anode plasma electrolytic nitrocarburising of low carbon steel”, Surface and Coatings Technology, Vol. 272, pp. 149-157, 2015.
11- B. Bhushan, Modern tribology handbook. 2. Materials, coatings, and industrial applications: CRC Press, 2001.
12- P. Taheri, M. Aliofkhazraei, C. Dehghanian, & A. Sabour Rouhaghdam, “Corrosion properties of plasma electrolytic coated samples”, Anti-Corrosion Methods and Materials, Vol. 54(3), pp. 148-154, 2007.
13- J.H. Kong, M. Okumiya, Y. Tsunekawa, T. Takeda, K.Y. Yun, M. Yoshida, and S.G. Kim, "Surface modification of SCM420 steel by plasma electrolytic treatment", Surface and Coatings Technology, Vol. 232, pp.275-282, 2013.

_||_