بررسی رفتار خوردگی پوشش تانتالم لایهنشانی شده به روش کندوپاش مگنترونی
محورهای موضوعی : خوردگی و حفاظت مواد
مصطفی علیشاهی
1
*
,
فرزاد محبوبی
2
,
سیدمحمد موسوی خوئی
3
1 - استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
2 - دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 - دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
کلید واژه: طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی, خوردگی, پوشش تانتالم, کندوپاش مگنترونی, حفرات راهباز,
چکیده مقاله :
در این پژوهش پوشش تانتالم به روش کندوپاش مگنترونی جریان مستقیم روی سیلیکون (۱۰۰) و فولاد زنگنزن L۳۱۶ لایهنشانی شد. خواص ساختاری پوشش تانتالم به کمک آزمون پراش پرتو ایکس ارزیابی شده و از میکروسکوپهای الکترونی عبوری و روبشی و همچنین میکروسکوپ نیروی اتمی جهت بررسی سطح مقطع و مورفولوژی سطح پوشش استفاده شد. افزون بر این، رفتار خوردگی پوشش تانتالم در مقایسه با فولاد زنگنزن L۳۱۶ به کمک آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک بررسی شده و از آزمون طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی جهت تعیین مکانیزمهای خوردگی استفاده شد. نتایج نشان دادند که استفاده از لایه آستری نیترید تانتالم، میتواند سبب تغییر ساختار کریستالی پوشش تانتالم از مخلوط فازی α و β به ساختار تک فاز α، و کاهش مقاومت الکتریکی پوشش از حدود ۹۰ به ۱۵ میکرواهم در سانتیمتر شود. همچنین مطالعات میکروسکوپی نشان دادند که پوشش تانتالم ساختاری ستونی و بسیار فشرده با سطحی یکنواخت و بدون عیب از خود نشان داده و زبری میانگین آن کمتر از ۶ نانومتر اندازهگیری شد. نتایج آزمونهای خوردگی نشان داد که پوشش تانتالم مانند یک سد فیزیکی از تماس محلول خورنده با زیرلایه جلوگیری کرده و بازده حفاظت بیشتر از ۷۰ درصد از سبب میشود. در این ارتباط، نفوذ محلول خورنده به زیرلایه از طریق حفرات راهباز موجود در پوشش به عنوان مکانیزم خوردگی پوشش تانتالم شناخته شد و شاخص تخلخل پوشش حدود ۶ درصد تعیین شد.
In this study, tantalum (Ta) thin film was deposited on Si(100) and 316L stainless steel (SS) substrates by DC magnetron sputtering. The structural properties of Ta film were investigated by X-ray diffraction analysis. In addition, the scanning and transmission electron microscopies as well as atomic force microscopy were used to study the cross-section and the morphology of the coating. The corrosion behavior of the bare and Ta-coated 316L SS was evaluated by potentiodynamic polarization test. The electrochemical impedance spectroscopy was employed to study the corrosion mechanisms. The results revealed that the structure of Ta coating on either Si and SS substrates is a mixture of α+β phases, while pre-deposition of a thin tantalum nitride seed layer causes to the deposition of pure α-Ta and decrease the sheet resistance from 90 µΩ.cm to 15 µΩ.cm. Microscopic evaluations shows that the Ta coating is compact, homogeneous and defect-free, exhibiting a columnar structure with a surface roughness of less than 6 nm. Furthermore, the corrosion studies show that the Ta coating perform as a physical barrier between corrosive electrolyte and substrate and, in this way, provide a protective efficiency of more than 70%. In this regard, the diffusion of corrosive electrolyte toward the substrates through open porosities was found to be the corrosion mechanism of the Ta coating and the porosity index of the coating was calculated to be about 6%.