25192

بررسي خواص سطحي و مقاومت به خوردگي آلياژ آلومينيوم 7075 آندايز شده در ولتاژها و زمانهاي مختلف با اعمال جريان پالسي

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1397

خرداد1400

دكتر منصور سلطانيه

مهندسي مواد و متالورژي

آلومينيوم به دليل خواص فيزيكي و مكانيكي مناسطططب در كنار مقاومت به خوردگي بالا، امروزه كاربرد زيادي در صنايع مختلف پيداكرده است. مقاومت به خوردگي خوب آلومينيوم ناشي از تشكيل لايه مقاوم اكسيد آلومينيوم روي سطح است. ضخامت اين لايه اكسيدي ميتواند با انجام فرآيند آندايزينگ افزايش يابد. از اين رو آندايزينگ يك روش الكتروشطيميايي مفيد براي بهبود مقاومت خوردگي آلومينيوم و آلياژهاي آن اسطت. آندايزينگ پالسطي رو شي ن سبتاً جديد براي ت شكيل لايه اك سيدي روي آلومينيوم و آلياژهاي آن ا ست. در اين پژوهش به منظور ايجاد لايه نانومتخلخل آندي آلومينا، فرآيند آندايزينگ پالسططي روي آلياژ آلومينيوم 7075 در حالت ولتاژ ثابت و با اعمال جريان به صورت پال سي معكوس در محلول اگزاليك ا سيد M 3 / 0 در دماي صفر تا 5 درجه سانتيگراد صططورت گرفت. هدف اين پژوهش بررسططي تاثير تغيير ولتاژ اعمالي ) 80V تا 50 ( و زمانهاي مختلف ) 10 تا 90 دقيقه( فرآيند آندايزينگ بر خواص لايه اك سيدي حا صل ا ست. پس از انجام فرآيند مورفولوژي سطحي لايه نانو متخلخل آلومينا در شرايط مختلف فرآيند آندايزينگ توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM) و خواص خوردگي لايه متخلخل ايجادشده بررسي و همچنين ضخامت لايه اكسيدي حاصل اندازهگيري شططد. بعد از انجام فرآيند آندايزينگ و تعيين شططرايط بهينه فرآيند، روش نوين نيتروژن دهي پلاسططمايي با توري فعال )ASPN( بهمنظور پر كردن حفرات حاصل از فرآيند آندايزينگ در اتمسفر 25٪H2 75٪ N2+ به مدت 5 ساعت صورت گرفت و خواص پو شش نيتريدي حاصل مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج اين پژوهش نشان داد كه افزايش ولتاژ فرآيند آندايزينگ از V 50 به V 80 سطططبب افزايش ميانگين قطر حفرات از nm 35 به بالاي nm 100 و افزايش نرخ ت شكيل لايه اك سيدي مي شود، بهطوريكه ضخامت لايه اك سيدي از μm 29 / 2 در ولتاژ V 50 به حدود μm 14 در ولتاژ V 80 ميرسد. افزايش نرخ تشكيل لايه اكسيدي سبب ميشود تا بتوان در ولتاژ V 80 در زمانهاي ب سيار كوتاه به لايه اك سيدي با ضخامت و خواص خوردگي منا سب د ستيافت. همچنين برر سي زمانهاي مختلف فرآيند ن شان داد كه ضخامت لايه اك سيدي با زمان فرآيند آندايزينگ رابطه م ستقيم دارد. برر سي خواص خوردگي ن شان داد كه افزايش ضخامت لايه اك سيدي حا صل از فرآيند آندايزينگ منجر به بهبود مقاومت به خوردگي مي شود به طوري كه نمونه آندايز شده در ولتاژ 80V به مدت 30 دقيقه با بيشترين ضخامت در مقايسه با ساير نمونهها بالاترين پتانسيل خوردگي ) V 38 / 0 -( و پايينترين چگالي جريان خوردگي ( 2A/cm 10-6 × 6 / 1( را دارد. نتايج اين پژوهش نشطان داد كه انجام فرآيند نيتروژن دهي پلاسطمايي با توري فعال ميتواند منجر به پر كردن حفرات حاصل از فرآيند آندايزينگ شود. يكنواختي پوشش نيتريدي ايجادشده وابسته به ساختار حاصل از فرآيند آندايزينگ است. اين پوشش نيتريدي ايجادشده حين قرارگيري در محيط خوردگي سريعتر از پوشش اكسيدي حاصل از آندايزينگ تخريبشده و از آن محافظت ميكند. پايينترين چگالي جريان ط خوردگي ) 2A/cm 6-10 × 39 / 0( در نمونه آندايز شطططده در ولتاژ V 70 به مدت 40 دقيقه كه عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي با توري فعال روي آن صورت گرفت مشاهده شد.

1400/06/23

6/21/2022 12:00:00 AM

Due to its good physical and mechanical properties along with high corrosion resistance, aluminum is widely used in various industries today. The good corrosion resistance of aluminum is due to the formation of a resistant layer of aluminum oxide on the surface. The thickness of this oxide layer can be increased by performing the anodizing process. Hence anodizing is a useful electrochemical method to improve the corrosion resistance of aluminum and its alloys. Pulse anodizing is a relatively new method of forming an oxide layer on aluminum and its alloys. In this study, in order to create an nanoporous layer of alumina, pulsed anodizing process was performed on 7075 aluminum alloy at constant voltage and by applying reverse pulse current in 0.3 M oxalic acid solution at 0 to 5 ° C. The aim of this study was to investigate the effect of changing applied voltage (50V to 80V) and different times (10 to 90 minutes) of the anodizing process on the properties of the oxide layer. After performing of the anodizing process, surface morphology of alumina nanoporous layer in different condition and the corrosion properties of the resulting porous layer were examined and the thickness of the resulting oxide layer was measured. After performing the anodizing process and determining the optimal process conditions, the active screen plasma nitriding method (ASPN) was performed in the atmosphere of 25% H2 + 75% H2 for 5 hours to fill the cavities obtained from the anodizing process and the properties of the resulting nitride coating were evaluated. The results of this study showed that increasing the anodizing process voltage from 50 V to 80 V increases the average pore diameter from 35 nm to 100 nm and increases the oxide layer formation rate, so that the oxide layer thickness of 2.29 μm at 50V reaches about 14 μm at 80 V. Increasing the oxide layer formation rate makes it possible to obtain the oxide layer with suitable thickness and corrosion properties at 80 V in a very short time. Also, the study of different process times showed that the thickness of the oxide layer is directly related to the anodizing process time. Investigation of corrosion properties showed that increasing the thickness of the oxide layer resulting from the anodizing process leads to improved corrosion resistance so that the anodized sample at 80V for 30 minutes with the maximum thickness compared to other samples had the highest corrosion potential (-0.38 V) and the lowest corrosion current density (1.6×10-6 A/cm2). The results of this study showed that ASPN process with active mesh can lead to filling the cavities resulting from the anodizing process. The uniformity of the nitride coating created depends on the structure of the anodizing process. This nitride coating formed, during exposure to the corrosion medium degrades faster than the oxide layer and protects the layer resulting from anodizing. The lowest corrosion current density (0.39×10-6 A/cm2) was observed in the anodized sample at 70 V for 40 minutes on which the ASPN operation was performed with the active mesh.

آندايزينگ آلومينيم، آلياژ 7075 ، لايه آندي، نانو ساختار، لايه متخلخل، نيتروژن دهي پلاسمايي، توري فعال

Aluminum anodizing, 7075 alloy, anodic layer, nanostructure, porous layer, Active screen plasma nitriding