31448

بررسي تأثير پوشش‌هاي سراميكي بر بهبود مقاومت به خوردگي فولادهاي زنگ نزن در محيط مس مذاب

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد-شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1400

1403/07/14

عليرضا خاوندي

عليرضا كلاهي

مهندسي مواد و متالورژي

فولادها كه پرمصرف‌ترين مواد فلزي جهان هستند، در برابر مذاب مس دوام چنداني ندارند و به‌سرعت دچار خوردگي مي‌شوند. براي حل اين چالش، ابتدا انواع فولادهاي زنگ‌نزن كه مقاومت به خوردگي نسبتاً بالايي در انواع محيط‌ها دارند بررسي شده و سه نوع 304، 321 و 316 به‌عنوان پركاربردترين فولادهاي زنگ‌نزن دربرابر مذاب فلزات، براي آزمايش و بررسي در مس مذاب انتخاب شدند. نتايج فاز نخست پروژه نشان داد كه فولاد زنگ‌نزن 316 زمان بيشتري (حدود دو برابر) براي انحلال كامل در مس مذاب مي‌طلبد؛ چنانكه زمان لازم براي انحلال كامل نمونۀ 100 گرمي از نوع 304 و 321 به‌ترتيب حدوداً 11 و 10 دقيقه است اما اين عدد براي نوع 316 بيش از 21 دقيقه است. همچنين ميزان كاهش وزن آن پس از يك زمان معين كمتر از (حدود نصف) دو نوع ديگر بوده‌است. براي بررسي بهتر علل دوام بيشتر فولاد زنگ‌نزن 316 تصاوير ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار گرفت. براي سنجش ميزان تأثير نفوذ مس مذاب به ساختار فولاد، آزمون ميكرو‌سختي‌سنجي صورت گرفت كه نتايج تصاوير ميكروسكوپي يعني نفوذ به‌مراتب كمتر در نوع 316 را تأييد مي‌كند. براي شناسايي فازها و تركيبات شيميايي جديد تشكيل شده براثر تماس فولاد زنگ‌نزن با مس مذاب، از آناليز رامان و بهره گرفته شد كه مشخص شد فرآيندهاي منجر به خوردگي از جمله نفوذ و واكنش شيميايي در نوع 316 به‌مراتب كمتر رخ مي‌دهد. همچنين تشكيل يك لايۀ محافظ اكسيدي در سطح فولاد زنگ‌نزن مشاهده گرديد كه فرآيند خوردگي را به‌تعويق مي‌اندازد. براي افزايش دوام فولاد زنگ‌نزن در مس مذاب، نخست يك پوشش NiCrAlY با ضخامت µm 150 با روش اسپري پلاسمايي اعمال گرديد و پس از موفقيت در افزايش حدود 5/17 برابري زمان انحلال كامل نمونۀ 100 گرمي از نوع 316 (به 383 دقيقه) و كاهش وزن اندك در زمان عملكرد، فرآيندهاي خوردگي آن مشابه فاز نخست بررسي گرديد. همچنين تغييرات ضخامت پوشش در مدت عملكرد و ميزان تخلخل و چسبندگي آن نيز سنجيده شد. در نهايت يك پوشش اضافي YSZ با ضخامت µm 250 با روش اسپري پلاسمايي به حالت قبل اضافه گرديد و مشابه حالات قبل افزايش دوام نمونۀ فولادي به‌ 459 دقيقه مشاهده گرديد. در نهايت، علت شكست و انهدام پوشش‌هاي به‌كار رفته از جمله انحلال تدريجي، كاهش چسبندگي و اختلاف در ضريب انبساط حرارتي مورد بررسي قرار گرفت.

1403/08/01

Investigating the effect of ceramic coatings on improving corrosion resistance of stainless steels in molten copper environment

1/1/1900 12:00:00 AM

Steels, which are the most widely used metal materials in the world, do not last long against molten copper and corrode quickly. To solve this challenge, firstly, the types of stainless steels that have relatively high corrosion resistance in various environments were investigated and three types of 304, 321, and 316 were selected as the most widely used stainless steels against molten metals, for testing and investigation in molten copper. The results of the project's first phase showed that 316 stainless steel requires more time (about twice) to dissolve in molten copper completely; Also, its weight loss rate after a certain time was less than (about half) of the other two types. To better investigate the reasons for the longer durability of 316 stainless steel, optical microscope images were studied. To measure the influence of molten copper diffusion on the steel structure, a microhardness test was conducted, which confirms the results of the microscopic images, which means that diffusion is much less in type 316. Raman analysis was used to identify the phases and new chemical compounds formed due to the contact of stainless steel with molten copper, and it was found that processes leading to corrosion, including penetration and chemical reaction, occur much less in type 316. Also, the formation of a protective oxide layer on the stainless steel surface was observed, which delays the corrosion process. To increase the corrosion resistance of stainless steel in molten copper, firstly a NiCrAlY coating with a thickness of 150 µm was applied by plasma spray method and after successfully increasing the time of complete dissolution of the steel sample by 17.5 times and reducing the weight slightly during operation, its corrosion processes Similar to the first phase, it was checked. Also, the changes in the thickness of the coating during the performance period and its porosity and adhesion were measured. Finally, an additional YSZ coating with a thickness of 250 µm was added to the previous state by the plasma spray method, and similar to the previous states, an increase in the durability of the steel sample was observed. Finally, the cause of failure and destruction of the used coatings including gradual dissolution, reduction of adhesion, and difference in thermal expansion coefficient was investigated.

خوردگي , مس مذاب , فولاد زنگ‌نزن , پوشش‌هاي سدحرارتي

corrosion , molten copper , stainless steel , thermal barrier coatings

Amir Hussein Davoudabadi Farahani

Dr.Alireza Khavandi - Alireza Kolahi