22429

مطالعه فرآيند نورد و عمليات حرارتي ثانويه به ‌منظور افزايش مقاومت به خوردگي و اصلاح ريزساختار آلياژ Pb-Ca-Sn

كارشناسي ارشد

ساخت و توليد - شكل دهي

1396

1399/3/12

دكتر سيد علي نيكنام

دكتر رامين هاشمي

مكانيك

چكيده يكي از مشكلات مربوط به باتري‌هاي سرب-اسيد خوردگي است كه در صفحه¬هاي آند و كاتد داخل باتري رخ مي‌دهد. در اين پروژه تحقيقاتي، از روش‌هاي عمليات حرارتي آنيل و نورد تجمعي (ARB) براي بهبود خواص مكانيكي و مقاومت به خوردگي در آلياژ سرب-قلع-كلسيم استفاده‌ شده است. از اين رو، در پژوهش فوق، 6 نمونه، با استفاده از روش ARB، ورق‌هاي فلزي با 2، 4، 8، 16، 32 و 64 لايه ساخته‌شد. همچنين بر روي 13 نمونه ديگر عمليات حرارتي آنيل انجام شد كه هشت نمونه به مدت 10 و 20 دقيقه در دماي80، 120، 160 و200 درجه سانتي‌گراد و پنج نمونه ديگر به مدت 30، 60، 90، 120 و 300 دقيقه در دماي 100 درجه سانتي‌گراد در كوره قرار داده شد. با استفاده از آزمون كشش و ميكروسختي خواص مكانيكي از قبيل استحكام تسليم، ازدياد طول و سختي اندازه¬گيري شدند. ويژگي¬هاي مقاومت به خوردگي مانند سرعت خوردگي و جريان خوردگي نيز با استفاده از آزمون تافل اندازه‌گيري شدند و همچنين براي بررسي بيشتر، نمونه‌ها متالوگرافي و شكست نگاري نيز شده¬اند. مطابق آزمون¬هاي نمونه¬هاي ARB، مشاهده شد كه تعداد بيشتر مراحل نورد منجر به كاهش استحكام تسليم (MPa 44/78 به MPa 07/34) و افزايش ازديادطول (%26/20 به %51/111) مي¬گردد. در نمونه‌هاي آنيل شده در دماي ثابت 100 درجه سانتي¬گراد، پس از گذشت 1 ساعت، افزايش استحكام (MPa 85/93 به MPa 85/120) حاصل شد. نمونه‌هايي كه در دماها و زمان‌هاي مختلف آنيل شدند، به‌جز در نمونه¬اي كه به مدت 20 دقيقه در دماي 120 درجه سانتي¬گراد آنيل شد، استحكام تسليم كمتر و شكل‌پذيري بهتري داشتند. بر اساس يافته¬هاي آزمون ميكروسختي، نمونه‌هاي ARB كاهش سختي داشتند. در آزمون تافل، نمونه‌هاي ARB خوردگي كمتري نسبت به نمونه‌هاي آنيل شده داشتند.فرآيند آنيل نيز بر مقاومت به خوردگي تأثيرات مثبت داشته است. بهترين مقاومت به خوردگي در نمونه¬هاي آنيل(نرخ خوردگيmm⁄year2788/1و جريان خوردگي 00011/0 آمپر)، در نمونه¬اي كه به مدت 20 دقيقه در دماي 120 درجه سانتي‌گراد آنيل شده بود، مشاهده شد.

1399/06/22

Study the effects of the rolling process and heat treatment methods to enhance corrosion resistance and microstructure of Pb-Ca-Sn alloy

6/1/2020 12:00:00 AM

Abstract One of the problems hindering the adequate application of Lead-Acid batteries is corrosion, which occurs on the anode and cathode plates inside the battery. In this study, the accumulative roll bonding (ARB) and annealed methods were used to enhance specific mechanical properties and corrosion resistance attributes in sheet metals. Within this study, sheet metals with 2, 4, 8, 16, 32, and 64 layers were fabricated using the ARB method. Also, eight samples were annealed at 80°C, 120°C, 160°C and 200°C for 10 and 20 minutes and the other five samples were annealed at 100°C for 30, 60, 90, 120 and 300 minutes. Mechanical properties such as yield strength, elongation, and hardness were measured by tensile and micro-hardness tests. The typical corrosion resistance attributes, including corrosion rate and corrosion current, were also measured by the Tafel test. Metallography and fractography evaluations were used for additional investigations and results analysis. According to ARB tests and experimental characterizations, it was observed that a higher number of rolling steps led to decreased yield strength (78.44MPa to 34.07MPa) and increased elongation (20.26% to 111.51%). Surprisingly, after 1 hour of heat treatment, increased strength (93.85 MPa to 120.85 MPa) resulted in the annealed samples. However, except minor cases, annealed samples at different temperatures and times exhibited lower yield strength and better ductility. Microhardness test exhibited that the ARB specimens had decreased hardness, but no significant changes were observed for those annealed specimens at 100 °C. According to Tafel test, the ARB specimens had a lower corrosion rate than annealed specimens. Better performance was observed in those annealed samples, tempered 100°C within 0-1.5 hours. Subsequently, better performance was also at 120 °C and 200°C. Based on fractography tests.