تاثير عمليات حكاكي با ليزر و آندايزينگ بر آب گريزي فولاد زنگ نزن 304

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

فولاد زنگ نزن 304 به دليل مقاومت به خوردگي بالا كاربردهاي متعددي در صنايع مختلف ازجمله صنايع هوافضا، نظامي، الكترواپتيك، پالايشگاه و پتروشيمي دارد. در سال‌هاي اخير مطالعات بر روي افزايش خاصيت آب‌گريزي و يا چربي‌دوستي اين فولاد بسته به نياز صنايع مختلف و شرايط كاري توسعه‌يافته است. در پژوهش حاضر به تأثير عمليات حكاكي با ليزر، اچ شيميايي، پسيواسيون الكتروشيميايي و آندايزينگ بر توسعه رفتار ترشوندگي پرداخته‌شده است. عمليات حكاكي با ليزر با تغيير پارامترهايي نظير توان، سرعت، الگو و فواصل بين خطوط حكاكي بر روي نمونه‌هاي متعدد فولاد زنگ نزن 304 صورت گرفته و با بررسي زاويه ترشوندگي و توپولوژي سطح با ميكروسكوپ نوري، سه نمونه انتخاب‌شده و در ادامه پژوهش تحت ارزيابي قرارگرفته است. اچ شيميايي باهدف حذف آلودگي‌هاي سطحي در محلول آبي اسيد هيدروفلوئوريك 5/22 درصد حجمي در دماي 50 درجه سانتي‌گراد و زمان‌هاي 5 و 60 ثانيه انجام شد. پسيواسيون الكتروشيميايي نمونه‌هاي منتخب در محلول آبي حاوي 10 درصد حجمي اسيد هيدروفلوئوريك و 25 درصد حجمي اسيد نيتريك در دماي 40 درجه سانتي‌گراد و ولتاژ 1000 ميلي ولت، به مدت‌زمان 5 دقيقه انجام شد. آندايزينگ با محلول اتيلن گليكول حاوي 1/0 مولار آمونيوم فلوريد و 1/0 مولار آب مقطر در دماي 60 درجه سانتي‌گراد با ولتاژ ثابت 60 ولت به‌صورت تك‌مرحله‌اي به مدت‌زمان‌هاي 60 ثانيه و 300 ثانيه و دومرحله‌اي به ترتيب به مدت‌زمان 300 ثانيه و سپس 120 ثانيه انجام شد. همچنين پس از هر مرحله آندايزينگ، نمونه‌ها به مدت 30 دقيقه در كوره¬ تحت دماي 350 درجه سانتي‌گراد به‌منظور حذف فلوئور از پوشش آندايزينگ عمليات حرارتي شدند. در اين پژوهش به اندازه¬گيري زاويه تماس با آب كه نشانگر ميزان آب‌گريزي سطح و اندازه‌گيري زاويه تماس با گازوئيل كه نشانگر چربي‌دوستي سطح است، پرداخته شد. همچنين مشاهده توپولوژي سطح كليه¬ي نمونه‌ها جهت بررسي و مطالعه ساختارهاي ايجادشده در سطح، در مراحل مختلف به كمك ميكروسكوپ نوري انجام و سطح 4 نمونه نهايي به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي نيز بررسي شد. همچنين زبري سنجي ليزري از سطح 4 نمونه نهايي ارزيابي شد كه اثباتي بر وجود بيشترين زبري در بهترين نمونه ازلحاظ آب¬گريزي و چربي¬دوستي بود. نتايج پژوهش نشان مي¬دهد كه عمليات حكاكي با ليزر مي¬تواند موجب تغييرات چشمگيري در خواص آب‌گريزي سطح فولاد زنگ نزن 304 شود؛ به‌نحوي‌كه زاويه ترشوندگي با آب 18 درجه¬ تا 131 درجه¬¬ حاصل شد. عمليات اچ شيميايي با مدت‌زمان 60 ثانيه موجب حذف زبري‌هاي تشكيل‌شده از عمليات حكاكي با ليزر شد به همين دليل مدت‌زمان مطلوب فرايند، 5 ثانيه در نظر گرفته‌شده است. از بررسي نمونه‌هاي مرحله پسيواسيون الكتروشيميايي و نمونه‌هاي مرحله اچ شيميايي و مرحله آندايزينگ نتيجه گرفته شد كه اكسيد شدن سطح نمونه در مرحله آندايزينگ انجام مي‌گيرد و نيازي به مرحله پسيواسيون نيست. بررسي‌هاي صورت گرفته نشان مي¬دهد آندايزينگ دومرحله‌اي به ترتيب به‌صورت آندايزينگ به مدت 300 ثانيه- عمليات حرارتي در دماي 350 درجه سانتي‌گراد به مدت 30 دقيقه- آندايزينگ مجدد به مدت 120 ثانيه و تكرار عمليات حرارتي به مدت 30 دقيقه موجب دستيابي به بيشترين اختلاف در آب‌گريزي و چربي¬دوستي نمونه¬ها شد؛ به‌نحوي‌كه در بهترين نتيجه، زاويه ترشوندگي با آب 125 درجه و زاويه ترشوندگي با گازوئيل 4 درجه حاصل شد. در تصاوير ميكروسكوپ الكتروني مشاهده شد دو نمونه آب‌گريز نهايي داراي زبري‌هاي نانومتري در كنار فرورفتگي‌هاي ميكرومتري بودند كه به نظر مي‌رسد ساختار سلسله مراتبي حاصل‌شده است. همچنين نتايج زبري سنجي ليزري بيشترين اختلاف ارتفاع زبري را به اين دو نمونه نسبت داد. از نتايج حاصله به نظر مي¬رسد نمونه‌ها از مدل كاسي باكستر پيروي مي‌كنند.

210027

خوردگي و حفاظت از مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

بهزاد نيرومند، علي شفيعي

علي اشرفي، حميدرضا سليمي جزي