بخشی از مقاله
چكيده
آندهاي فدا شوندة آلومينيمي براي حفاظت كاتدي سازه هاي دريايي به دليل وزن مخصوص كم، بازدهي جريان بالا و قيمت مناسب استفاده ميشوند. در اين تحقيق تاثير افزايش مقدار منيزيم و قلع بر روي ساختار، بازدهي جريان و خواص خوردگي آندهاي فدا شونده آلومينيم- روي –منيزيم مورد بررسي قرار گرفت. آزمايشات پولاريزاسيون، تعيين بازدهي الكتروشيميايي، متالوگرافي، پتانسيل خوردگي و ميكروسكوپ الكتروني بر روي نمونه هاي با درصد مختلف قلع و منيزيم انجام گرفت.
پس از انجام آزمايشات و تحليل نتايج مشخص گرديد، كه ساختار آلياژ Al-5.3%Zn-x%Mg شامل دندريت هايα-Al و يوتكتيك بين دندريتي τ+α ميباشد و هر چقدر پيوستگي و مقدار رسوبات يوتكتيك بين دندريتي كمتر باشد، شكست فيلم محافظ آسانتر و بازدهي الكتروشيميايي آند افزايش مييابد. با افزايش مقدار منيزيم و قلع بازدهي الكتروشيميايي افزايش يافته و به ترتيب به بالاتر از ٧٨ - ٥/٨ درصد منيزيم - و ٨٧ - ١٢/٠ درصد قلع - درصد ميرسد.
دليل افزايش بازدهي آندهاي حاوي قلع كه مجموع مقدار منيزيم و روي آنها زير يك درصد ميباشد را ميتوان به توزيع يكنواخت ذارت قلع در ساختار ربط داد. اين ذرات توزيع شده در ساختار باعث ايجاد پيل گالوانيكي بين زمينه و خود شده و به خورده شدن نقاط كناري و شكست فيلم محافظ كمك كرده و در نتيجه بازدهي و جريان خروجي از آند افزايش مييابد.
واژههاي كليدي: آند فدا شوندهء آلومينيمي، منيزيم، قلع، ريخته گري، بازدهي جريان، ريز ساختار، رسوبات.
مقدمه
مسائل مربوط به خوردگي يكي از بزرگترين مشكلات استفاده از فلزات در صنايع مختلف ميباشد، كه هزينههاي معادل ٤ تا ٥ درصد توليد ناخالص داخلي هر كشور را به خود اختصاص داده است در چند دهة اخير، از سيستمهاي حفاظتي مختلف جهت غلبه بر مشكل مذكور و كاهش هزينههاي مربوط به خوردگي استفاده شده است يكي از روشهاي متدوال و مناسب براي محيطهاي دريايي و خاكهاي با مقاومت كم، حفاظت كاتدي ميباشد. حفاظت كاتدي به دو روش اعمال جريان خارجي و آندهاي فداشونده انجام ميشود.
از آندهاي فداشونده براي كنترل خوردگي خطوط لوله، سازههاي درياي و كشتيها استفاده ميشود از سه فلز آلومينيم، روي و منيزيم به عنوان آند فدا شونده استفاده ميشود. اما از اين بين، آلومينيم بيشتر براي محيطهاي دريايي استفاده ميشود، زيرا داري دانسيته كم، همارز الكتروشيميايي بالا، فراواني و قيميت مناسب ميباشداز آلومينيم خالص به دليل تشكيل لايه چسبنده، پيوسته و محافظ اكسيدي بر روي سطح آن كمتر استفاده ميشود، زيرا تشكيل اين لايه بر روي سطح منجر به كم شدن جريان و پتانسيل خروجي به مرور زمان ميشود.
براي بهبود بازدهي آندهاي آلومينيمي فلزات مختلفي اضافه ميشوند، كه بعضيها باعث غير روئين شدن سطح و بعضيها باعث منفيتر شدن پتانسيل آند ميشوند. اين عناصر به دو گروه غير روئين كننده مانند جيوه، اينديم، قلع، گاليم و تيتانيم و اصلاح كننده مانند روي، منيزيم، باريم و كادميم تقسيم ميشوند. اما امروزه از فلزاتي مانند اينديم و جيوه كمتر استفاده ميشود، زيرا باعث آلودگي محيط زيست ميشوند.
فلز روي يكي از مهمترين عناصر آلياژي است، كه به الكترودهاي آند پايه آلومينيم اضافه ميشود و در محدوده يك تا پنج درصد وزني با تشكيل محلول جامد باعث منفيتر شدن پتانسيل الكتروشيميايي آلياژ ميگردد. از ديگر عناصر آلياژي ميتوان به اينديم اشاره كرد كه از روئين شدن سطح جلوگيري ميكند و در مقاديري بين ٠٢/٠ تا ٠٥/٠ درصد وزني اضافه ميگردد. عنصر ديگري كه اضافه ميشود منيزيم ميباشد كه باعث تغيير ريزساختار ميشود.
تحقيقات گذشته مشخص كرده كه ريزساختار آلياژ ارتباط مستقيمي با خواص الكتروشيمايي آند دارد. بنابراين فرآيند ذوب و آلياژسازي بر روي كيفيت و خواص آند تاثير گذار ميباشد. به عنوان مثال ريز ساختار هممحور داراي خواص الكتروشيمايي بهتر نسبت به ساختار ستوني ميباشد، زيرا توزيع عناصر در حالت هممحور بهتر صورت ميگيرد و جدايش عناصر در مرز دانهها كمتر اتفاق ميافتد. هر چه ذارت بين فلزي بهتر در ريزساختار توزيع شوند از تشكيل فيلم محافظ و پيوسته جلوگيري ميشود. از طرفي دانسيته جريان خروجي از آند افزايش مييابد. توزيع تركيبات بين فلزي بستگي به شرايط ريختهگري و عمليات حرارتي دارد.
آلياژهاي آلومينيم حاوي روي و منيزيم به عنوان يك آند مناسب كه داري استحكام بالا و بازدهي مناسب است ، مطرح ميباشد. در اين تحقيق تاثير منيزيم بروي روي ساختار و خواص الكتروشيميايي آند فداشونده حاوي روي مورد ارزيابي قرار خواهد گرفت و در ادامه تاثير قلع بروي روي خواص الكتروشيمايي و ساختار آند فداشونده حاوي مقادير زير ١ درصد روي و منيزيم مورد بررسي قرار خواهد گرفت و با هم مقايسه خواهند شد.
روش آزمايش
ابتدا آلومينيم با خلوص تجاري %٥/٩٩ در داخل يك كوره مقاومتي تحت گاز محافظ آرگون ذوب شد و سپس مذاب به مقدار ١٥٠ درجه سانتيگراد فوق ذوب و عناصر روي و ميزيم با خلوص تجاري %٥/٩٩ در داخل فويل آلومينيمي به مذاب اضافه شدند. در ادامه براي توزيع يكنواخت عناصر اضافه شده مذاب براي مدت ١٠ دقيقه به وسيله ميله گرافيتي به هم زده شد و سپس به درون يك قالب مسي از پيش تهيه شده به ابعاد ٨×٨×٣٠ سانتي متر ريخته شد.
همچنين براي بررسي تاثير مقدار قلع روي خواص آندهاي آلومينيم به بعضي از نمونه ها مقدار ٠، ٠١/٠، ٠٥/٠ و ٠٩/٠ درصد وزني قلع اضافه شد، در حالي كه مقدار منيزيم و روي آنها پايين نگه داشته شد. بعد از ريختهگري ابتدا و انتهاي آند دور انداخته شد و نمونه هاي با ابعاد مورد نياز از شمش بريده شدند. اين نمونهها ابتدا در محلول ٥٠ گرم در ليتر سود سوزآور و سپس در محلول ٦٥ درصد اسيد نيتريك تميز و با استن و آب مقطر شسته شدند و با دقت ٠٠١/٠ گرم وزن شدهاند. نمونه ها تا قبل از آزمايش در داخل ديسيكاتور نگهدار6ي شدهاند.
آزمايشات الكتروشيميايي به وسيله دستگاه EG&G مدل ٢٢٧٣ با سرعت روبش انجام شد و سطح نمونه مورد آزمايش ٥/٢ سانتيمتر مربع و الكترود كمكي پلاتين و الكترود مرجع كالومل بوده است.اندازهگيري بازدهي جريان و تغييرات پتانسيل بر حسب زمان مطابق استاندارد NACE انجام شد. اين آزمايشات كوتاه مدت با دانستبه جريان ٦ آمپر بر مترمربع در محلول4٥1/.٠ +مولار كلريد28سديم+ برای مدت41١٤ روز انجام شد.
