۴۹۶۵پ
فارسی
اثر اندازه دانه‌بندی سطحی فوق‌ریز بر رفتار خوردگی فولاد زنگ‌نزن AISI 316L در محلول شبیه‌سازی شده بتن حاوی یون کلراید
[پایان نامه]
سمیره مرادی
صنعتی سهند
۱۴۰۲
۱۰۳ص.
مصور، جدول، نمودار
CD
کارشناسی ارشد
مهندسی مواد- خوردگی و حفاظت از مواد
۱۴۰۲/۰۲/۰۱
در پروژه حاضر، اثر اندازه دانه‌بندی سطحی فوق¬ریز بر عملکرد خوردگی فولاد زنگ‌نزن AISI 316L در محیط شبیه‌سازی شده بتن و رفتار سایشی به طور مقایسه¬ای با همتای میکروبلورین مورد مطالعه قرار گرفته است. برای دستیابی به این هدف، در ابتدا جهت همگن کردن ریزساختار، نمونه‌های اولیه در دمای ℃10 ±1080 به مدت 2 ساعت تحت عملیات آنیل محلولی قرار گرفته و سپس در آب سرد شدند. در ادامه، با تهیه دیسک¬هایی با ضخامت mm 3، عملیات ساچمه¬پاشی شدید برای کاهش اندازه دانه¬بندی سطحی و نیل به ابعاد نانومتری به کار گرفته شد. نمونه¬های ساچمه‌پاشی شده و نمونه آنیل شده ، با انجام آزمون¬های میکروسختی، پراش پرتو ایکس و مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مشخصه¬یابی شدند. نتایج حاصله نشان داد که فرآیند ساچمه‌پاشی موجب افزایش بیش از دو برابری سختی سطح نمونه (از HV120~ به HV 280~) و تحول ریزساختار سطح تا عمق حدود mµ 100 شد. علاوه بر این، مقادیر اندازه دانه سطحی به دست آمده از روش ویلیامسون – هال و TEM به ترتیب مقادیر nm 99~ و nm 120 ~ بودند که خود گویای کاهش شدید اندازه دانه نسبت به حالت آنیل (µm 300~) بودند. در ادامه رفتار خوردگی نمونه‌های آنیل و ساچمه‌پاشی شده در محیط¬های شبیه¬سازی شده بتن حاوی مقادیر مختلف 0، 5/0، 1، 5/1 و 2 مولار کلرید سدیم با استفاده از آزمون‌های پتانسیل مدار باز (OCP)، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک (PDP)، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و مات – شاتکی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج آزمون¬های خوردگی، نمونه‌های ساچمه‌پاشی شده در حضور غلظت یکسانی از یون کلراید، محدوده رویینگی بیشتر، پتانسیل خوردگی مثبت‌تر و هم چنین مقاومت پلاریزاسیون بالاتر از خود نشان می¬دهند. مقادیر بحرانی غلظت کلراید نیز برای نمونه آنیل شده در محدوده 1تا 5/1 مولار و برای نمونه ساچمه‌پاشی شده در محدوده 5/1 تا 2 مولار به دست آمد. تحلیل‌های حاصل آزمون مات- شاتکی برای هر دو نمونه ساچمه‌پاشی و آنیل شده نشان داد که نیمه هادی موجود بر سطح هر دو نمونه، از نوع منفی (n-type) بوده که می‌تواند به تشکیل اکسیدها و هیدروکسیدهای سطحی نسبت داده شود (نظیر Cr(OH)3، Fe2O3 و Fe(OH)3). در خصوص لایه‌های خوردگی تشکیل شده با توجه به نتایج آزمون طیف¬سنجی نشر نوری تخلیه تابشی (GDOES) می‌توان عنوان کرد که برای نمونه ساچمه‌پاشی شده لایه سطحی تشکیل شده در مقایسه با نمونه آنیل شده دارای مقادیر بیشتر عناصر آلیاژی ضخامت بیشتر است. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان داد که در مسافت 300 متر نمونه ساچمه‌پاشی شده 3 برابر کاهش حجم بیشتری نسبت به نمونه آنیلی داشته اما با افزایش مسافت لغزش و در نتیجه آن افزایش تلفات سایشی، نمونه ساچمه‌پاشی شده تلفات سایشی حدوداً برابری با نمونه آنیلی داشته است. همچنین سازوکار غالب در همه مسافت‌ها برای نمونه آنیل شده چسبان و تغییر شکل پلاستیک و برای نمونه ساچمه‌پاشی شده خراشان مشاهده شد.
In the present study, the effect of the presence of ultrafine surface grain size on the corrosion performance of AISI 316L stainless steel in a simulated concrete environment and its wear behavior are compared with its micro-crystalline counterpart. To achieve this goal, initially, to homogenize the microstructure, the initial samples were annealed at a temperature of 1080 ± 10 ℃ for 2 hours and then quenched in cold water. Subsequently, by preparing disks with a thickness of 3 mm, severe shot peening was employed to reduce the surface grain size to the nanoscale dimensions. The shot peened samples and their annealed counterparts were characterized using microhardness, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy (SEM) tests. The obtained results showed that the shot peening process led to an increase of more than twice the surface hardness of the sample (from HV120 to HV280) and a refinement of the surface microstructure to a depth of about 100 µm. In addition, the surface grain size values obtained by Williamson-Hall and TEM methods were about 99 nm and 120 nm, respectively, indicating a significant reduction in grain size compared to the annealed state (about 300 µm). In the following, the corrosion behavior of annealed and shot-peened samples was investigated in simulated concrete environments containing various amounts of 0, 0.5, 1, 1.5, and 2 M NaCl using open circuit potential (OCP), potentiodynamic polarization (PDP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and Mott-Schottky test. Based on the corrosion test results, the shot peened samples show a wider range of passivation, a more positive corrosion potential, and higher polarization resistance in the presence of the same concentration of chloride ions. The critical concentration of chloride ions was obtained in the range of 1 to 1.5 M for annealed samples and 1.5 to 2.0 M for shot peened ones. The analysis of the Mat-Schottky test for both the etched and annealed samples showed that the semiconductor present on the surface of both samples was of the negative (n-type), which can be attributed to the formation of surface oxides and hydroxides (such as Cr(OH)3, Fe2O3, and Fe(OH)3). Regarding the corrosion films formed, based on the results of the Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES) test, it can be concluded that the surface film formed on the sample subjected to shot peening has a greater thickness and contains higher amounts of alloying elements compared to the annealed sample. Based on the wear results, the shot peened samples showed a volume decrase of around three times less than that of the solution annealed one during 300 m. However, the shot both samples possessed similar volume decrease values after further wear and reaching 1800 m. Moreover, the governing wear mechanism were adhesive wear/plastic deformation and abrasive wear for the solution annealed and shot peened samples, respectively.
Effect of ultrafine-grained surface on the corrosion behavior of AISI 316L stainless steel in Cl-contamination pore solution
محلول شبیه‌سازی بتن
سطح فوق ریزدانه
ساچمه‌پاشی شدید
محلول شبیه‌سازی بتن؛ سطح فوق ریزدانه؛ ساچمه‌پاشی شدید؛ خوردگی، سایش
Stainless steel AISI 316L; Concrete simulation solution; Ultrafine-grained surface; High-energy shot peening; Corrosion
مرادی، سمیره
پورعلی
مهدوی
توانگر
حجازی
، صادق
، سهیل
، رضا
، سینا
استاد راهنما
استاد راهنما
استاد مشاور
استاد مشاور
صنعتی سهند
ایران
دانشگاه صنعتی سهند
مواد، ۷۰۷۴۰، ۱۴۰۲
p
TF
92029
a
Y
