بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق براي بررسی رویین شدن فولاد زنگنزن AISI 410 در محلول شبیهسازي بتن - از نظر - pH، ابتدا فولاد زنگنزن به مدت 1، 3 و 6 ساعت غوطهور و سپس آزمونهاي الکتروشیمیایی انجام شدند. منحنیهاي پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان دادند که فولاد زنگنزن AISI 410 در محلول شبیهسازي بتن رفتار رویین قابل قبولی را ارائه میدهد. همچنین نتایج آزمونهاي پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشا ن داد که با افزایش زمان از 1 تا 6 ساعت، مقادیر پتانسیل و چگالی جریان خوردگی فولاد زنگنزن AISI 410 در این محلول کاهش مییابد که نشاندهنده تشکیل لایه رویین با ضخامت بیشتر و خواص محافظتی بالاتر است. همچنین نتایج طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که تمام منحنیهاي نایکویست داراي رفتار مشابهی هستند و مقادیر امپدانس در فرکانسهاي کم، بسیار بالا میباشد که بهدلیل تشکیل لایه رویین روي سطح فولاد زنگنزن AISI 410 در محیط قلیایی مورد نظر است.
مقدمه
اگرچه طبیعت قلیایی بتن باعث ایجاد لایه رویین و محافظت انواع فولادهاي کم کربن و دیگر فولادها از خوردگی در بتنهاي مستحکمشده میگردد، اما حضور اکسیژن، آب و مقدار بحرانی یون کلر و یا دي اکسید کربن میتواند باعث وقوع خوردگی شود .[1] براي کاهش خوردگی، راهحلهاي مختلفی ارائه شده که در این میان استفاده از میلگردهایی از جنس فولاد زنگنزن یکی از بهترین راهحلها است و استفاده از آنها به سبب مقاومت به خوردگی بالا در محیطهاي قلیایی در حال افزایش است .[2-4]
در حقیقت استفاده از فولادهاي زنگنزن باعث کاهش بیش از 50 درصدي هزینههاي نگهداري همراه با اف زایش عمر کاري تا بیش از 100 سال حتی در محیطهاي خورندهتر میشود . در تحقیقات سالهاي اخیر کاربرد فولادهاي زنگنزن در بتنهاي مسلح در درجه اول روي فولاد زنگنزن آستنیتی و سپس دیگر انواع این فولادها متمرکز شده است .[5] مقاومت به خوردگی فولادهاي زنگنزن، ناشی از وجود لایه رویین است که ضخامتی در حدود 1 تا 4 نانومتر دارد. رفتار الکتروشیمیایی این لایهها، عامل مهمی است که رویین شدن و در نتیجه مقاومت به خوردگی را کنترل میکند. این رفتار به چندین متغیر وابسته است که شامل ترکیب شیمیایی فولاد، دماي محیط، زمان غوطهوري، pH و ترکیب شیمیایی الکترولیت میباشد .[6]
بهطور کلی ساختار لایه رویین در تمامی محلولهاي اسیدي، خنثی یا قلیایی، دولایه است و رفتار لایه رویین به این ساختار پیچیده مربوط میشود که شامل لایه داخلی غنی از هیدروکسید و اکسیدکروم و لایه خارجی غنی از اکسید آهن است .[6] با توجه به اینکه مقاومت به خوردگی عالی فولادهاي زنگنزن به خواص محافظتی لایههاي رویین بستگی دارد، بیشتر تحقیقات بر شناخت این لایهها متمرکز شده است .[7] تحقیقات گوناگونی در مورد رویین شدن فولادهاي زنگ نزن در محلول شبیهسازي بتن انجام شده، در حالیکه در مورد تأثیر زمان بر رویین شدن این فولادها پژوهشها بسیار اندك است .[8] هدف از این تحقیق بررسی تأثیر زمان بر رویین شدن و رشد لایه رویین فولاد زنگنزن AISI 410 در محلول شبیهسازي بتن در شرایط پتانسیل مدار باز است.
روش تحقیق
ترکیب شیمیایی فولاد زنگنزن AISI 410، که بهعنوان الکترود کار با مساحت 1 سانتیمتر مربع در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت، در جدول 1 نشان داده شده است. براي انجام آزمونهاي الکتروشیمیایی، پس از اتصال سیم مسی روکشدار به نمونهها و مانت، عملیات سنبادهزنی تر تا سنباده 1200 و عملیات چربیزدایی انجام شد. سپس نمونهها با آب دوبار تقطیر شسته و پس از خشک کردن با دمش هوا، بهسرعت تحت آزمونهاي مختلف الکتروشیمیایی قرار گرفتند. تمامی آزمونها با استفاده از سل استاندارد سه الکترودي که شامل یک عدد الکترود کار، یک عدد الکترود پلاتین بهعنوان الکترود کمکی و الکترود نقره/کلرید نقره بهعنوان الکترود مرجع انجام شدند.
براي انجام تمامی آزمونهاي الکتروشیمیایی، از محلول 0/1 مولار هیدروکسید سدیم 0/1 + مولار هیدروکسید پتاسیم، بهعنوان محلول شبیهسازي بتن استفاده شد .[8] بهمنظور ارزیابی رفتار خوردگی و بررسی تأثیر زمان بر تشکیل لایه رویین فولاد زنگنزن AISI 410 در محلول شبیهسازي بتن، ابتدا هر نمونه در پتانسیل مدار باز بهمدت زمانهاي 1، 3 و 6 ساعت نگهداري شد. سپس آزمونهاي پلاریزاسیون پتانسیودینامیک - با نرخ روبش 1 میلیولت بر ثانیه - [9] و همچنین طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی - در پتانسیل مدار باز و در محدوده فرکانسی 100 کیلوهرتز تا 10 میلیهرتز با دامنه طول موج 10 میلیولت - انجام شدند. براي انجام تمامی آزمونهاي الکتروشیمیایی، از دستگاه پتانسیواستات/گالوانواستات میکرواتولب و نرمافزار نووا استفاده شد.
نتایج و بحث
شکل 1 منحنیهاي پلاریزاسیون پتانسیودینامیک فولاد زنگنزن AISI 410 در محلول شبیهسازي بتن بعد از غوطهوري در زمانهاي 1، 3 و 6 ساعت را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود با گذشت زمان، پتانسیل خوردگی بهسمت مقادیر مثبتتر انتقال مییابد که براي دیگر فولادهاي زنگنزن در محیطهاي قلیایی مشابه نیز مشاهده شده است .[10] همچنین مشاهده میشود که محدوده رویین شدن اولیه براي این فولاد از پتانسیل مدار باز تا پتانسیلهاي حدود 0/5 ولت است. بعد از پتانسیل 0/5 ولت، فولاد زنگنزن AISI 410 رویین شدن ثانویه را تا محدوده پتانسیل 0/7 ولت نشان میدهد.
در جدول 2 مقادیر پتانسیل و چگالی جریان خوردگی حاصل از منحنیهاي پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان داده شده است. همان طور که در این جدول مشاهده میشود با افزایش زمان غوطهوري نمونههاي فولاد زنگنزن AISI 410 در محلول شبیهسازي بتن از 1 تا 6 ساعت، پتانسیل و چگالی جریان خوردگی کاهش مییابند که نشاندهنده تشکیل لایه رویین با خواص محافظتی و ضخامت بیشتر است. در شکل 2 منحنیهاي نایکویست بعد از گذشت زمانهاي 1، 3 و 6 ساعت نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود تمام منحنیهاي نایکویست داراي رفتار مشابهی هستند و مقادیر امپدانس در فرکانسهاي کم، بسیار بالا میباشد که بهدلیل وجود لایه رویین تشکیل شده روي سطح فولاد مورد نظر است .[11]
