مقاله خواص متالورژیكی پوشش ها

توضیحات

  مقاله خواص متالورژیكی پوشش ها دارای 37 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله خواص متالورژیكی پوشش ها  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله خواص متالورژیكی پوشش ها،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله خواص متالورژیكی پوشش ها :

روش تحقیق
در این پروژه كوشش شده است تا با افزودن مقادیر مختلف بیسموت به حمام گالوانیزه و نیز اعمال پوشش از حمام آلیاژی
تركیب شیمیایی پوششها، ریز ساختار،‌ضخامت و سختی لایه های آلیاژی پوشش های حاصله مطالعه شده خواص سطحی پوشش ها به كمك XRD ومیكروسكوپ الكترونی بررسی شده ، خواص متالورژیكی پوشش ها نظیر چسبندگی ، یكنواختی و مقاومت به خوردگی مورد بررسی قرارر گرفته اند و نهایتاً محصولات خوردگی به كمك XRD مطالعه شده اند.

1- مواد و وسائل لازم
مواد و وسایل مورد نیاز جهت انجام این پروژه عبارتند از ورق فولادی St37 ، مفتول فولادی ،شمش روی خالص ، ورق سرب ، شمش بیسموت ورق قلع ، پودر نیكل ، اسید كلریدریك ، كلریدآمونیوم ، كلرید روی ، هیدروكسیدسدیم ، كربنات سدیم ، تری سدیم فسفات ، سیلیكات سدیم، بوته فولادی ، تراپنت، كوره الكتریكی ذوب فلزات غیرآهنی ، دستگاه ضخامت سنج مغناطیسی ، دستگاه میكروسختی سنج ، محفظه مه نمكی ، محفظه مرطوب، میكروسكوپ ، مته ، گیوتین ، ترازوی دقیق با دقت یكدهم میلی گرم ، آب مقطر ، یدید پتاسیم ، اورتروپین ، نایتال 2%

2- آماده سازی نمونه و تجهیزات
2-1- تهیه نمونه ها برای آزمایش
جهت انجام این پروژه از ورق فولادی St37 با آنالیز مندرج در جدول 3-1 استفاده شده است.
جدول 3-1- تركیب شیمیایی ورق فولادی مورد استفاده Enterنمونه های با ابعاد 2×25×40 میلی متر توسط گیوتین از ورق فولادی برش زده شده ، جهت غوطه ور نمودن در مذاب بالای آنها توسط مته سوراخ شده ، مفتول فولادی از آن عبور داده شده به نمونه محكم شده است.

2-2- آماده سازی بوته ذوب
جهت تهیه مذاب از یك كوره الكتریكی مخصوص ذوب فلزات غیرآهنی با تلرانس دمایی 1 درجه سانتیگراد ،‌همراه با یك بوته فولادی استفاده شده است. جهت كاهش حمله مذاب به بدنه حمام ،‌این بوته توسط ترانپت كه دوغابی سرامیكی شامل اكسید زیر كونیوم و اكسید تیتانیوم می باشد پس از فیلتر شدن در صافی پوشش داده شده و سپس در هوا خشك گردیده است. پس از 24 ساعت این كار دوباره تكرار شده و سپس بوته به مدت 48 ساعت در هوا قرار گرفته و خشك شده است. پس از قراردادن بوته در كوره، دمای كوره را به آهستگی تا 250 درجه سانتیگراد بالا برده ، اجازه داده شده تا پخت صورت گیرد.

2-3- مواد مصرفی جهت تهیه مذاب
در صنعت جهت جلوگیری از اكسیداسون شدید حمام و افزایش براقیت و یكنواختی پوشش . 005/0 تا007/0 درصد وزنی آلومینیوم به حمام گالوانیزه اضافه می كنند. از این رو تمام حمام های مورد بررسی در این پروژه حاوی تقریباً 005/0 درصد وزنی آلومینیوم می باشند كه بصورت ورق آلومینیوم بسیار خالص به حمام گالوانیزه اضافه شده است. جهت تهیه حمام های آلیاژی از شمش بیسموت با خلوص 9/99 ورق قلع با خلوص 9/99 ورق سرب با خلوص 8/99 استفاده شده است. جهت افزایش نیكل به حمام گالوكو ،‌ابتدا به كمك پودر نیكل آمیژانی ‌حاوی 53/0 درصد نیكل تهیه شده و از آن برای تهیه حمام استفاده شده است.

3- اعمال پوشش
جهت اعمال پوشش ابتدا نمونه ها آماده سازی سطحی شده ، سپس تحت شرایط كنترل شده در مذاب غوطه ور شده اند. مراحل كار به شرح زیر است
الف چربی گیری و قلیاشویی چربی گیری قطعات در محلولی با تركیب شیمیایی ذیل و در دمای 65 درجه سانتیگراد و به مدت 5 دقیقه انجام شده است
– هیدروكسید سدیم 25 گرم
– كربنات سدیم 25 گرم
– تری سدیم فسفات 75 گرم
– سیلیكات سدیم 75 گرم
– حجم محلول 2000 سانتیمتر مكعب
ب شستشو در آب جاری
ج اسیدشویی جهت اسیدشویی از اسید كلریدریك 15 درصد حاوی اورتروپین ویدید پتاسیم – به عنوان بازدارنده – در دمای محیط استفاده شده است و زمان اسید شویی 15 دقیقه بوده است.

د شستشو در آب جاری
و فلاكسینگ برای فلاكسینگ نمونه ها از فرایند خشك استفاده شده است. به این منظور نمونه ها به مدت یك دقیقه در محلول 600 گرم بر لیتر كلرید روی و 400 گرم بر لیتر كلرید آمونیوم و دمای 70-60 درجه سانتیگراد قرار گرفته اند.
د خشك نمودن نمونه ها پس از خروج از حمام فلاكس درون كوره ای در دمای 120 درجه سانتیگراد قرار گرفته ، بمدت15 دقیقه خشك شده اند. توجه به این نكته ضروری است كه جهت جلوگیری از تجزیه فلاكس ، نباید دمای كوره بالاتر از 150 درجه سانتیگراد برود. در این مرحله نمونه ها جهت اعمال پوشش آماده شده اند. تصویر كوره مورد استفاده در شكل 3-1 آمده است.

شكل 3-1 تصویر كوره مورداستفاده
هـ غوطه وری و اعمال پوشش جهت اعمال پوشش ابتدا كوره روشن شده به آرامی تا دمای 420 درجه سانتیگراد گرم شده است. سپس شمش روی برش خورده ، درون كوره قرار داده شده است تا ذوب صورت پذیرد.این عمل باید با دقت صورت گیرد تا پوشش بدنه بوته صدمه نبیند. سپس درب بوته توسط ورقه آزبست پوشانده شده تا اتلاف حرارت كم شود و دما به 445 درجه سانتیگراد رسانده شده است و پس از افزودن آلومینیوم دما تا 600 درجه سانتیگراد بالا برده شده و زمان داده شده است تا آلومینیوم ذوب شود و مجدداً دما تا 445 درجه سانتیگراد پایین آورده شده است. سپس اكسیدهای سطحی كنار زده شده ، و نمونه های فلاكس شده وارد مذاب شده اند. برای اینكه تمام نقاط نمونه همزمان در تماس با مذاب قرار گیرند، نمونه ها با سرعت بالا وارد مذاب شده اند. زمان نگهداری نمونه ها در مذاب 1،2، 4 و 10 دقیقه انتخاب شده است. برای خارج نمودن نمونه ها ،‌اكسیدهای سطحی و اضافات فلاكس كنار زده شده اند و نمونه ها با سرعت متوسط 5/1 متر بر دقیقه و زاویه 80 تا 85 درجه از حمام خارج شده اند ضمناً جهت انجام آزمایشات خوردگی با توجه به زمان غوطه وری و اندازه گیری ضخامت پوشش ها ، تعدادی نمونه با ضخامت پوشش یكسان50 میكرومتر از حمام های موردمطالعه پوشش داده شده اند.

حمام های مورد بررسی در این پروژه عبارتند از Zn-1%Pb-0.1%Bi,Zn-1%Pb,Zn
Zn-1%Pb-2%Bi,Zn-1%Pb-1%Bi,Zn-1%Pb-0.5%Bi, Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni
جهت تهیه حمام های آلیاژی شمش بیسموت ،‌ورق های سرب و قلع و آمیژان روی -نیكل در دمای غوطه وری به مذاب اضافه شده اند و پس از آلیاژ سازی ، مذاب حدود نیم ساعت هم زده شده است تا كاملاً یكنواخت گردد.
ك – كونچ نمودن پوشش در آب جاری نمونه ها پس از خروج از حمام به مدت 30 ثانیه در هوا نگهداری شده سپس در آب جاری كونچ شده اند و نهایتاً توسط هیتر خشك شده اند. سپس مفتول های متصل به نمونه ها جدا شده ، در دیسكاتور قرار داده شده اندتا برای آزمونهای مورد نظر نگهداری شوند.

4- متالوگرافی پوشش ها
برای آماده سازی پوشش های اعمالی جهت بررسی های میكروسكوپی، مقطع مناسبی از نمونه ها برش خورده است. جهت برش نمونه ها از دستگاه برش روی میزی استفاده شده است و دور دیسك آن روی rpm 150تنظیم شده است.
نمونه ها پس از مانت شدن توسط كاغذهای سنباده 180 ، 320 ، 500 و 1000 صیقل كاری شده ،‌نهایتاً توسط پودر آلومینای 3/0 میكرون پالیش شده اند. اچ نمودن نمونه ها در محلول نایتال 2% و به مدت 10 ثانیه انجام شده است.
نمونه ها پس از شستشو با الكل توسط هیترخشك شده ،جهت نگهداری در دیسكاتور قرار داده شده اند.

5- آزمونهای انجام شده
5-1- ضخامت سنجی نمونه ها
جهت اندازه گیری ضخامت پوشش های حاصله ،‌از دو روش استفاده شده است
– ضخامت سنجی توسط دستگاه ضخامت سنج مغناطیسی مطابق با استاندارد
ASTM D1400 جهت سنجش ضخامت از این روش از دستگاه Elcometer 355 استفاده شده است. به این منظور سطح نمونه به 9 قسمت مساوی تقسیم شده و میانگین ضخامتهای بدست آمده از 9 نقطه از این مناطق به عنوان ضخامت پوشش گزارش شده است.

– ضخامت سنجی توسط میكروسكوپ نوری
– جهت اندازه گیری ضخامت لایه های آلیاژی و كل ضخامت پوشش ها از این روش، مقاطع متالوگرافی شده ، توسط میكروسكوپ نوری مجهز به نرم افزار كامپیوتری Image Analyser بررسی شده اند.

5-2- آنالیز عناصر آلیاژی موجود در پوشش به روش جذب اتمی
جهت تعیین غلظت عناصر آلیاژی موجود در پوشش ها، ‌از روش جذب اتمی – شیمی تر- استفاده شده است. به این منظور ، پوشش های اعمالی ، در اسید كلریدریك 15 درصد حاوی بازدارنده اورتروپین حل شده و حجم محلول به 100 میلی لیتر رسانده شده است، نهایتاً از محلول حاصله جهت تعیین غلظت عناصر آلیاژی استفاده شده است.

5-3- بررسی های میكروسكوپی
به منظور بررسی تأثیر عناصر آلیاژی بر ریز ساختار و چگونگی توزیع آنها در پوشش ،‌مقاطع متالوگرافی شده پوشش ها توسط میكروسكوپ های نوری و الكترونی مطالعه شده اند و توزیع عناصر آلیاژی موجود در لایه های آلیاژی پوشش به كمك آنالیز نقطه ای line Scan,WDX بررسی شده اند.
ضمناً به منظور مطالعه دقیقتر خواص سطحی پوششها و مشاهده چگونگی توزیع عناصر آلیاژی در سطح پوششها، تصاویر میكروسكوپ الكترونی از سطح پوششها گرفته شده است و این سطوح توسط EDX آنالیز شده اند.

5-4- بررسی های XRD
به منظور بررسی و تعیین خواص سطحی و فازهای موجود در سطح پوششها و نیز تعیین و تشخیص محصولات خوردگی تشكیل شده در سطح پوششها پس از آزمونهای خوردگی در محفظه مرطوب و محفظه مه نمكی مطالعات XRD انجام شده است.
دیفركتومتر دستگاه از نوع Philips PW3710 بوده ، از لامپ مس ، ولتاژ 40 كیلو ولت و جریان 35 میلی آمپر استفاده شده است. زاویه چرخش گونیومتر از 5 تا 120 درجه انتخاب شده ، ابعاد هر گام 02/0 درجه و زمان هر گام 5/0 ثانیه بوده است.

5-5- سختی سنجی لایه های آلیاژی پوشش
جهت تعیین تأثیر عناصر آلیاژی موجود در حمام بر سختی لایه های آلیاژی پوششهای حاصله از دستگاه میكروسختی سنج با وزنه 25 گرمی استفاده شده است. این روش برای اندازه گیری سختی تمام پوشش های فلزی مناسب می باشد.
جهت سنجش سختی لایه های آلیاژی ، چندنقطه روی هر لایه انتخاب شده و سختی آنها بر حسب ویكرز تعیین شده است و میانگین آنها به عنوان سختی آن لایه آلیاژی گزارش شده است.

5-6- چسبندگی پوشش ها
جهت بررسی میزان چسبندگی پوشش های اعمالی ، از روش فایل مطابق با استاندارد ASTM A123-84 استفاده شده است. روش فایل براساس برش نمونه و جدا شدن و پوسته نشدن پوشش از سطح فلز پایه استوار است این روش برای سنجش چسبندگی پوشش های ضخیم مناسب می باشد.

5-7- یكنواختی پوشش ها
جهت بررسی یكنواختی پوششهای حاصله ، از نتایج بدست آمده توسط دستگاه ضخامت سنج مغناطیسی در اندازه گیری ضخامت پوششها در 9 نقطه از سطح پوشش استفاده شده و انحراف معیار داده های بدست آمده به عنوان معیار یكنواختی پوشش در نظر گرفته شده است.

2-8- آزمونهای خوردگی
جهت بررسی میزان خوردگی پوشش ها ، از آزمون پاشش نمك ، مطابق با استاندارد ASTM B-117 و آزمون محفظه مرطوب مطابق با استاندارد ASTM D2247 ، استفاده شده است.
5-8-1- انتخاب و آماده سازی نمونه ها
به منظور بررسی رفتار خوردگی پوشش های گالوانیزه ، نمونه هایی از پوشش های مزبور با شرایط یكسان انتخاب شده اند. جهت قابل مقایسه بودن نتایج حاصل از آزمونهای خوردگی ، نمونه هایی با ضخامت یكسان 50 میكرومتر و ابعاد mm2×25×40 انتخاب شده اند و پس از اعمال پوشش جهت از بین بردن هر گونه آلودگی سطحی ، نمونه ها ابتدا توسط استون و سپس آب شسته شده ، توسط هیتر خشك شده اند.

5-2-3-2- اثر تركیب شیمیایی حمام
شكل 5-49 نمودار تغییرات سختی لایه اتاولایه های آلیاژی پوشش های اعمالی در در زمان 10 دقیقه نشان می دهد.
شكل 5-49- نمودار تغییرات سختی لایه اتا و لایه های آلیاژی پوشش های اعمالی در زمان 10 دقیقه
همچنانكه مشاهده می شود، با افزایش یك درصدسرب به حمام گالوانیزه و نیز حداكثر 5/3 درصد بیسموت به حمام حاوی یك درصد سرب تغییری در سختی لایه اتا و لایه های آلیاژی پوشش حاصل نمی شود. دلیل این امر عدم تأثیر این عناصر بر رشد ریز ساختار پوشش می باشد.

سختی لایه های آلیاژی پوشش های حاصل از حمام روی – قلع – بیسموت – نیكل ، بیشتر از دیگر پوشش ها می باشد. افزایش سختی این لایه ها در نتیجه انحلال نیكل در این لایه ها می باشد. این نتیجه مورد تأیید می باشد.
5-3- مطالعه خواص سطحی پوشش ها
5-3-1- بررسی خواص سطحی پوشش ها به كمك میكروسكوپ الكترونی روبشی
شكل 5-50 تا 5-54 تصاویر میكروسكوپ الكترونی روبشی سطح پوشش های حاصل از حمام های Zn-1%Pb-3.5%Bi,Zn-1Pb-1%Bi, Zn-1%Pb,Zn و Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni را نشان می دهد.
شكل 5-50 – تصویر میكروسكوپ الكترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn
شكل 5-51- تصویر میكروسكوپ الكترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb
شكل 5-52- تصویر میكروسكوپ الكترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb-1%Bi
شكل 5-53- تصویر میكروسكوپ الكترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb-3.5%Bi
شكل 5-54- تصویر میكروسكوپ الكترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni

چنانكه در این تصاویر مشاهده می شود، با افزایش یك درصد سرب به حمام روی انبوهی از ذرات سرب با توزیع ناهمگن در سطح پوشش مشاهده می شوند. با افزایش یك درصد بیسموت به حمام حاوی سرب،‌اندكی دانسیته‌ذرات كاهش می یابند. توزیع این ذرات در سطح پوشش ناهمگن می باشد. در آنالیز لایه اتا به كمكWDXذرات بین فلزی سرب – بیسموت در این لایه تشخیص داده شده اند ولی آنالیز XRD انجام شده از سطح پوشش حضور بیسموت فلزی را نیز در سطح این پوشش بوضوح نشان می دهد. آنالیز EDX انجام شده از سطح پوشش ، نشان می دهد كه اكثر ذرات موجود در سطح پوشش را ذرات فازی بیسموت تشكیل می دهند، به نظر می رسد كه ذرات فازی سرب – بیسموت بیشتر تمایل به قرارگیری درون لایه اتا دارند و ذرات بیسموت بیشتر در سطح پوشش قرار می گیرند.

چنانكه در تصویر پوشش حاصل از حمام حاوی 5/3 درصد بیسموت مشاهده می شود، غلظت بسیار زیادی از ذرات سفید در سطح پوشش مشاهده می شوند كه تقریباً تمام سطح پوشش را اشغال نموده اند و آنالیز EDX نشان می دهد كه تقریباً تمام این ذرات بیسموت می باشند و در برخی نواحی حضور سرب نیز قابل تشخیص می باشد كه احتمالاً مربوط به ذرات بین فلزی سرب – بیسموت می باشند.
مطالعه تصویر سطح پوشش حاصل از حمام حاوی عناصر قلع ، نیكل و بیسموت نشان می دهد كه توزیع بسیار همگنی از ذرات سفید رنگ با ابعاد بسیار ریز در سطح پوشش مشاهده می شوند. آنالیز EDX نشان دهنده حضور قلع و عمدتاً بیسموت در سطح پوشش می باشد.
5-3-2- مطالعه تركیبات موجود در سطح پوششها
شكلهای 5-55 تا 5-58 ،‌دیفركتوگرام اشعه X مربوط به پوشش های Zn ، Zn-1%Pb-1%Bi ,Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%%Ni,Zn-1%Pb-3.5%, را نشان می دهند.
شكل 5-55- دیفركتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn
شكل 5-56- دیفكتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn-1%Pb-3.5%Bi
شكل 5-57- دیفركتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn-1%Pb-3.5%Bi
شكل 5-85- دیفركتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-%0.05%Ni
مطالعه این دیفركتوگرامها، نشان دهنده حضور تركیبات سرب – بیسموت و بیسموت فلزی در پوشش حاصل از حمام حاوی یك درصد بیسموت ، تركیب بیسموت فلزی در پوشش حاصل از حمام حاوی 5/3 درصد بیسموت و تركیبات قلع و بیسموت فلزی در پوشش بدست آمده از حمام روی – نیكل – قلع – بیسموت می باشد.

نكته دیگری كه از این دیفرگتوگرامها برداشت می شود، كاهش شدت پیك اصلی روی – صفحه (101) – با افزایش عناصر آلیاژی می باشد. كاهش شدت این پیك در پوشش حاوی 5/3 درصد بیسموت بسیار شدید می باشد؛ ضمن اینكه شدت دیگر پیكهای فلز روی – بجز پیك صفحه (102) – شدیداً كاهش یافته و پیك های قوی از بیسموت در دیفركتوگرام این پوشش مشاهده می شود. این امر نشان دهنده تغییر شدید ساختار سطحی پوشش ، در نتیجه حضور دانسیته بالای ذرات بیسموت در سطح پوشش می باشد. تصویر میكروسكوپ الكترونی سطح این پوشش ، این نتیجه را تأیید می كند.

مطالعه دیفركتوگرام پوشش حاصل از حمام Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-%5%Ni نشان می دهد كه غلظت نسبتاً زیاد عناصر قلع و بیسموت در لایه اتا تأثیر چندانی در ساختار سطحی پوشش نداشته و دیفركتوگرام این پوشش شامل پیكهای بسیار قوی از فلز روی می باشد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید