تحقیق رویین سازی فولاد ساده کربنی

توضیحات

فهرست مطالب تحقیق:

مقدمه

مراحل رویینسازی در فولاد زنگنزن

فرآیند رویینسازی

فرآیند رویینسازی بر روی فولاد کربنی

رویینسازی فولاد زنگ نزن

مطالعه موردی رویینسازی

 روش آزمون

آزمونهای خوردگی

اندازهگیریهای الکتروشیمیایی

 نتایج کلی

مراجع

مقدمه

سطوح تمام فلزات (به جز طلا) در محیط هوا بوسیله فیلم­های اکسیدی پوشش داده می­شوند. زمانیکه چنین فلزی در محلول آبی غوطه­ور می­شوند فیلم اکسیدی میل به حل شدن پیدا می­کند. درصورتیکه محلول اسیدی باشد، فیلم اکسیدی ممکن است به صورت کامل حل گردد و سطح فلز بدون پوشش در معرض محیط اسیدی قرار گیرد، در این حالت گفته می­شود که فلز در حالت فعال قرار دارد. در محلول­های خنثی، حلالیت فیلم اکسیدی بسیار کمتر می­شود. در صورتیکه محلول خنثی دارای آنیون­های بازدارنده باشد؛ انحلال فیلم اکسیدی می­تواند متوقف شود و فیلم اکسیدی یک فیلم اکسیدی رویین تشکیل می­دهد که می­تواند به طور موثر از خوردگی فلز جلوگیری کند. به جز فلزات نجیب، با استفاده از رویین­سازی می­توان فلزات را در برابر اکسید کردن محافظت کرد. پروژه آماده شیمی

آقای هاری بریرلی – یک مهندس متالورژ انگلیسی – در سال 1913 میلادی زمانیکه بر روی بهبود لوله­های تفنگ کار می­کرد به صورت تصادفی کشف کرد که افزودن کروم به فولاد کم کربن باعث مقاومت در برابر زنگ زدن می­شود، و به این ترتیب فولاد زنگ نزن متولد شد.

مراحل رویین­سازی در فولاد زنگ­نزن

فولاد زنگ­نزن مقاومت به خوردگی خود را مدیون لایه نازک و بادوام اکسید کرم است که در سطح فلز تشکیل می­شود و خاصیت زنگ­نزن را به فولاد می­دهد. متأسفانه اصطلاح زنگ نزن به معنی مصونیت از زنگ زدن نیست. نباید چنین استنباط شود که فولاد هیچگاه حساس به حفره دار شدن، زنگ­زدن، ریزترک­ها و غیره نمی­شود.  فیلم رویین در فولاد زنگ نزن شامل مخلوطی از اکسید آهن، اکسید کرم و اکسید مولیبدن (در صورتی که فولاد دارای عنصر آلیاژی مولیبدن باشد) است. با این وجود مهمترین آنها لایه متراکم و چسبنده اکسید کروم است. در صورتی که سطح فولاد زنگ نزن خشک و تمیز باشد فیلم اکسید کروم می­تواند به صورت خود به خود در هوا تشکیل شود. ذکر این نکته ضروری است که برهمکنش میان اکسیدهای مختلف و خصوصیات رویین­سازی/خوردگی فولاد زنگ نزن بسیار پیچیده است و تاکنون به طور کامل درک نشده است. افزایش مقدار کروم در فیلم رویین یک عامل مهم در افزایش مقاومت به خوردگی فولاد است، هرچند، زمانیکه حفره تشکیل می­شود تأثیر کمی در رویین­سازی مجدد دارد. استاندارد BS EN 10088-1 بیان می­کند که فولاد باید حداقل 10.5 wt% کروم و حداکثر 1.2 wt% کربن داشته باشد تا در رده فولادهای زنگ­نزن قرار گیرد.

کلید بقا و ماندگاری مقاومت به خوردگی فولاد زنگ نزن این است که فیلم خسارت دیده به صورت عادی خود را ترمیم می­کند (به شرط آنکه اکسیژن کافی وجود داشته باشد). هرچند، تحت شرایط معین، حالت رویین می­تواند از بین برود، که نتیجه آن خوردگی شدید فولاد است. در شکل 1 منحنی پلاریزاسیون آندی برای فلزی که رفتار رویین شدن را نشان می­دهد به صورت شماتیک آمده است. تشکیل فیلم اکسیدی از نقطه B شروع می­شود.

پتانسیل شروع این فرآیند تحت عنوان پتانسیل رویین­سازی بحرانی شناخته می­شود (E­_pp). مقدار این پتانسیل به pH و ترکیب شیمیایی محلول بستگی دارد. پارامتر مهم دیگر در فرآیند رویین­سازی دانسیته جریان رویین­سازی بحرانی است (i_crit)، که در واقع ئامسیته جریان متناظر با E_pp است. مقدار i­_crit بسیار به pH بستگی دارد و به شدت با افزایش pH کاهش می­یابد.

زمانیکه سطح فلز کاملاً با فیلم رویین­ساز پوشیده می­شود، ضخامت فیلم اکسیدی به مقدار تعادلی می­رسد و جریان یون­های فلزی که از فیلم می­گذرند مستقل از پتانسیل می­شود. منفی­ترین پتانسیلی که در این حالت حاصل می­شود پتانسیل فلید نامیده می­شود (E_F). مقدار E_F عموماً بسیار به E_PP نزدیک است و به ترکیب شیمیایی بستگی دارد. دانسیته جریان رویین (i_p) که از طریق فیلم در حال رویین­شدن می­گذرد معیاری از محافظ بودن فیلم است. با مثبت­تر شدن پتانسیل فلز در حالت رویین، دانسیته جریان رویین i_p تا حدی ثابت باقی می­ماند و در نهایت جریان افزایش می­یابد، این افزایش در جریان ممکن است به علت شکست موضعی فیلم رویین توسط انیون­هایی به ویژه یون کلر باشد. این یون­های به صورت موضعی فیلم رویین را در نقاط ضعیف و ناپیوستگی­هایی مانند مرزدانه، نابجایی یا آخال­ها حل می­کنند. شکست اکسید توسط آنیون­ها با پیدایش حفره­دار شدن در پتانسیل بحرانی روی می­دهد که پتانسیل شکست بحرانی یا پتانسیل حفره­دارشدن بحرانی نامیده می­شود (E_b). این مورد در خط DE شکل 1 نشان داده شده است. مقدار E_b به غلظت آنیون­های بازدارنده (که باعث پایداری فیلم اکسیدی رویین­ساز) و آنیون­های خورنده (که باعث شکست فیلم اکسیدی می­شوند) بستگی دارد. درصورتیکه نسبت آنیون­های بازدارنده به آنیون­های خورنده به قدر کافی بالا باشد، شکست فیلم توسط آنیون­ها می­تواند به طور کامل متوقف شود و پتانسیل شکست بحرانی مشاهده نشود. درصورتیکه نسبت انیون­های بازدانرده به خورنده کاهش یابد، مشاهده می­شود که پتانسیل شکست منفی­تر می­شود.

درصورتیکه محلول به نحوی باشد که شکست فیلم توسط آنیون­های خورنده روی ندهد، در برخی فلزات افزایش در جریان آندی می­تواند با مثبت­تر شدن پتانسیل  مشاهده شود (یعنی در امتداد خط FG). این فرآیند با نام انحلال ترانس پسیو شناخته می­شود و تنها در محلول­های اکسیدکننده بسیار قوی مانند اسید نیتریک غلیظ اهمیت پیدا می­کند.

فرآیند رویین­سازی

عملیات استاندارد برای رویین­سازی شیمیایی فولاد شامل جندین مرحله است. اغلب، مراحل پیش­تمیزسازی قبل از شروع فرآیند رویین­سازی اصلی لازم است.

چربی­زدایی برای حذف مواد الی که ممکن است حضور داشته باشند و در فرآیند اختلال ایجاد کنند، و همچنین اسیدشویی برای حذف کامل هر گونه محصولات خوردگی، چوسته­های حاصل از نورد، جوشکاری و عملیات حرارتی به انجام می­رسد. از آنجاکه فولاد بعد از عملیات اسیدشویی بسیار فعال است، زنگ فلش فوراً تشکیل می­شود. این محصول خوردگی با استفاده از اسید سیتریک زدوده می­شود و رویین­سازی با افزودن آمونیاک و یک اکسید کننده آغاز می­شود. در شکل 2 طرحی شماتیک از فرآیند رویین­سازی نشان داده شده است.

استفاده از اسید سیتریک نیز لازم است، چراکه محلول خنثی و یا دارای pH قلیایی است. عموماً آهن به دلیل تشکیل هیدروکسید آهن رسوب می­کند. هرچند با وجود تشکیل کامپلکس­های قوی آهن با سیترات، یون­های آهن در محلول باقی می­مانند. افزودن عامل اکسیدکننده به سیترات آمونیم پتانسیل محلول را افزایش می­دهد. از اینرو، فرآیند رویین­سازی بوسیله اندازه­گیری­های پتانسیل پایش می­شود.

 

مراجع

[1] the electrochemistry of corrosion, gareth hinds

[2] pickling and passivating stainless steel, euro inox: 2007

[3] passivation of steel, ing. t. van os  

[4] stainless steel passivation, john r. smith

[5] specifying stainless steel surface treatments, h. tuthill and richard e.avery

[6] passivation treatment of stainless steel, lena wegrelius and birgitta sjödén

توجه:

• برای دانلود فایل تحقیق لطفا اقدام به خرید فرمایید.
• پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.