بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق رفتار خوردگی پوشش چند لایه تیتانیوم/ نیترید تیتانیوم اعمال شده بر روی سطح آلومینیوم 7075 بهروش EIS مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. پوشش تیتانیوم/ نیترید تیتانیوم با استفاده از فرایند کند و پاشش مغناطیسی خلاء بالا بر روی سطح نمونهها اعمال شده است. سپس خواص فازی، ساختاری و مورفولوژی پوشش به ترتیب با استفاده از روشهای GIXRD، FESEM æ AFM مورد بررسی قرار گرفته، همچنین رفتار خوردگی پوشش در بازههای زمانی مشخص همانند 1، 12، 24، 48، 60 و 72 ساعت با غوطهوری در محلول 3/5 درصد NaCl جهت تعیین مکانیزم، بوسیله منحنیهای نایکوئیست، مورد تحلیل قرار گرفته است.
نتایج نهایی این تحقیق بیانگر این است که با اعمال پوششهای چندلایهی نانوساختار و منقطع کردن ساختار ستونی نیتریدتیتانیوم توسط میان لایه تیتانیوم فلزی، امپدانس و مقاومت به خوردگی نمونیه پوشش داده شده حدوداً 13,5 برابر بیشتر نسبت به آلومینیوم 7075 بدون پوشش است و در واقع هدف اصلی این پژوهش که بالا بردن مقاومت به خوردگی آلیاژ آلومینیوم 7075 بوده است را صورت پذیر æ مثبت نشان میدهد.
-1مقدمه
آلیاژ آلومینیوم 7075 که زیرلایهی مورد مطالعه در این تحقیق بوده است، از آلیاژهای گروه 7xxx میباشد. این آلیاژ، از سری آلیاژهای آلومینیوم است که در آن دو عنصر روی و مس بهعنوان عناصر اصلی آلیاژساز آن محسوب میشوند. از مزایای بارز این آلیاژ میتوان به استحکام قابل مقایسه با بسیاری از فولادها، استحکام خستگی خوب æ سطح متوسط ماشینکاری و از معایب آن میتوان به مقاومت کمتر در برابر خوردگی در مقایسه با بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم اشاره کرد.
در واقع وجود دو عنصر آلیاژی مس و روی عامل اصلی ایجاد پیل گالوانیکی در زمان غوطهوری در محلولهای خورنده شده و مقاومت پائین این آلیاژ نقطه ضعف بزرگی را پدید آورده است. علیرغم هزینهی بالای تهیهی این آلیاژ، با توجه به ویژگیهای مثبت بارز آن لزوم تحقیقات در حوزهی تقویت و اصلاح مقاومت به خوردگی آن، امری مهم و ضروری مینماید.[1] در این تحقیق تلاش شده مقاومت به خوردگی این آلیاژ با استفاده از مکانیزمهای خاص پوششدهی تقویت شود. یکی از بهترین روشهای موجود برای تقویت مقاومت به خوردگی æ همچنین افزایش و بهبود خواص مکانیکی آلومینیوم استفاده از پوششهای فلزی و سرامیکی است.
در اواخر دهه شصت میلادی مادهای تحت عنوان نیترید تیتانیوم معرفی شد که به خاطر دارا بودن خواص منحصر بهفرد، بهسرعت جای خود را درعلوم مهندسی سطح و صنایع مختلف بهشکل گسترده پیدا کرد. نیترید تیتانیوم دارای پایداری شیمیایی بالا، سختی زیاد، خواص پوششی عالی، خواص الکتریکی خوب و سازگاری بالای زیست محیطی میباشد.[2] این ماده دارای چسبندگی مناسب روی فلزات فعال مثل آلومینیوم نیست، همچنین بهدلیل دارا بودن ساختار ستونی و تخلخلهای موجود در بدنه، مقاومت به خوردگی آن بهخصوص بهشکل دستیابی سریع از سطح به زیرلایه و انهدام کل سیستم، دارای سطح نسبتاً پائینی میباشد، لذا جهت مرتفع نمودن این عیوب و در راستای استفاده و بهرهگیری از خواص این ماده، تیتانیوم فلزی بهعنوان میان لایه جهت پوششدهی انتخاب شد.
در واقع میانلایهی تیتانیوم با منقطع کردن ساختار ستونی نیترید تیتانیوم مقاومت به خوردگی پوشش را بهشدت بهبود میبخشد. البته مسلماً انتخاب روش پوششدهی و نحوهی اجرای آن در اخذ پاسخ مناسب در این روند بسیار حائز اهمیت است .[4 , 3] در مبحث روشهای پوششدهی، متد رسوب شیمیایی فاز بخار - PVD - ، یکی رایجترینهاست. تکنیک و پارامترهای فرآیند پوشش بهطور قابل توجهی بر روی ریزساختار و مقدار نقصها تاثیر میگذارد.
[2] در این تحقیق روش مورد استفاده، روش کند و پاشش مگنترونی در خلاء بالا بوده است. دلیل استفاده این روش را میتوان در برخی خصوصیاتی که محصولات نهایی این روش خواهند داشت، مثل سختی و چقرمگی باﻻ و گستردگی و چسبندگی مناسب جستجو نمود.[5] در این روش میدان مغناطیسی به موازات سطح کاتد اعمال میشود، این امر باعث حرکت الکترونها بهشکل مارپیچی یا دوار شده و علاوه بر اینکه الکترونها پرانرژیتر میشوند مسیر بیشتری را طی، اتمهای بیشتری را یونیزه و مدت زمان بالاتری را در میدان کند و پاشش میمانند.[6] نکته حائز اهمیت دیگر استفاده مواد نانوساختار در روند پوششدهی میباشد.
بهطور کلی موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس 1 الی 100 نانومتر باشد، نانو ماده خوانده میشوند و این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای میگیرد.[7] پوششدهی مواد بهصورت نانوساختار در راستای اهداف و حصول مزایایی خاص بوده است. با زیاد شدن تعداد لایههای پوششهای نانو سطح هموارتر و زبری آن کاهش یافته، تخخلها بستهتر شده و اندازهی دانهها کاهش مییابد. در طی این مکانیزم حرکت نابجائیها قفل شده و تنش سطحی بهشدت کاهش مییابد. همهی این اتفاقات موجب بالا رفتن کیفیت پوشش، افزایش سختی پوشش، محدودیت ایجاد مواضع آندی و در پی آن افزایش مقاومت به خوردگی در سیستم میشود.[8]
در بحث خوردگی و کنترل سیستم مقاومت در برابر آن متدهایی مطرح است. یکی از دقیقترین و مدرنترین آنها روش طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی - EIS - است. در این روش پتانسیل کوچکی به صورت متغیر با زمان در حدود مقدار Ecorr به نمونه اعمال شده و Iex اندازهگیری شده و امپدانس سیستم و زاویهی فاز امپدانس تعیین میشود. در اینجا کل سیستم آزمایشی تحت جریان متناوب با فرکانسی متغیر در محدودهای مشخص بوده است. جهت بررسی روند مکانیزم خوردگی در سیستم از منجنیهای نایکوئیست که بر حسب امپدانسهای حقیقی و موهومی رسم شده و مطالبی خاص از آنها استخراج و تحلیل میشود.[9]
-2مواد و روش تحقیق
جهت تهیه زیرلایه، آلومینیوم 7075 بهشکل دایره با شعاع 1 سانتیمتر برش داده شد. نمونههای زیرلایه توسط سنبادههای 800، 1000، 1200، 2500، 3000 و 4000 از جنس SiC سنبادهزنی و با استفاده از خمیر آلومینا با قطر 0,3 تا 0,1 میکرومتر قبل از انباشت پولیش شدند.
