فهرست مطالب
مجله علوم و مهندسی خوردگی
سال نهم شماره 4 (پیاپی 34، زمستان 1398)
- تاریخ انتشار: 1400/02/21
- تعداد عناوین: 7
-
-
صفحات 7-18
در این مطالعه رفتار اکسیداسیون فرسایشی آلیاژهای Ni-20Cr-3Mo-4Fe حاوی مقادیر 0، 2 و 4 درصد وزنی سیلیسیم موردمطالعه قرار گرفت. نمونهها به مدت 250 ساعت مورد برخورد ماسه داغ با دمای °C 700 آغشته به wt.% 5/0 مخلوط نمکهای NaCl و KCl قرار گرفتند. میزان آسیب نمونهها با اندازهگیری ضخامت نمونهها پیش و پس از آزمون مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه حاوی wt.% 4 سیلیسیم کاهش ضخامتی حدود 45% بیشتر از نمونه فاقد سیلیسیم نشان داد. با توجه به زدوده شدن قسمت اعظم لایه اکسیدی در آزمون اکسیداسیون فرسایشی، برای شناسایی بهتر رفتار اکسیدهای سطحی، نمونهها در یک کوره تیوبی در دمای °C 520، تحت محیطهای هوا و هوا+کلر به مدت 100 ساعت مورد آزمایش اکسیداسیون قرار گرفتند. نکته جالبتوجه، مقاومت بالاتر نمونههای حاوی سیلیسیم بود. بررسیهای میکروسکوپی الکترونی نشاندهنده تاثیر سیلیسیم بر کاهش نرخ اکسیداسیون، کاهش مقاومت به پوستهشدن و افزایش ضریب نفوذ در هم کروم و درنتیجه ممانعت از ایجاد ناحیه فقیر از کروم در نمونههای حاوی سیلیسیم بود.
کلیدواژگان: آلیاژ Ni-20Cr-3Mo-4Fe، اکسیداسیون فرسایشی، اکسیداسیون دمابالا، سیلیسیم -
صفحات 21-35
در این تحقیق، اثر بازدارندگی یک باز شیف دارای سه گروه C=N و سه حلقهی آروماتیک برای خوردگی کربن استیل 1018 در محیط هیدروکلریک اسید 0/1 مولار به دو روش الکتروشیمیایی طیفسنجی امپدانس و پلاریزاسیون، در دمای °C 25، مورد بررسی قرار گرفت. درصد بازدارندگی با افزایش غلظت بازشیف از 100 تا ppm 500 افزایش یافته و بیشترین درصد بازدارندگی در دمای °C 25 برای غلظت ppm500 بازشیف حدود 96 درصد به دست آمد. نتایج روش پلاریزاسیون نشان دادند که باز شیف در محلول اسیدی به عنوان بازدارندهی مختلط عمل میکند. مقاومت انتقال بار (Rct) برای محلول 0/1 مولارHCl از مقدار Ω.cm2 5/39 به مقدار Ω.cm2 7/949 با افزودن ppm500 بازشیف افزایش مییابد. بررسی اثر دما بر عملکرد بازدارنده، به روش الکتروشیمیایی پلاریزاسیون در محدودهی دمایی °C 65- 25، نشان دهنده کاهش درصد بازدارندگی با افزایش دما است. جذب مولکولهای باز شیف بر روی سطح کربن استیل 1018 در تمام دماهای مورد بررسی از همدمای جذبی لانگمویر تبعیت میکند. مقادیرGadsΔ در دماهای °C 25 و °C 65 به ترتیب kJ mol-128/32- و kJ mol-124/35- به دست آمدند که افزایش در مقدار قدر مطلق مشاهده میشود. این نتایج نشان میدهد که جذب مولکولهای باز شیف بر سطح کربن استیل 1018 از نوع جذب فیزیکی-شیمیایی است.
کلیدواژگان: بازدارنده ی خوردگی، باز شیف، کربن استیل 1018، هیدروکلریک اسید، پلاریزاسیون، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی -
صفحات 37-48
در این پژوهش اثر تشکیل هیدرید روی رفتار خوردگی و مکانیکی آلیاژ Zr-1%Nb در محلول 5/0 مولار LiOH مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. فاز هیدرید بوسیله روش الکتروشیمیایی در محلول 1 مولار H2SO4 در دمای اتاق تشکیل شد. در این روش اتمهای هیدروژن ابتدا جذب سطح شده سپس به داخل نمونه نفوذ کرده و فاز هیدرید را تشکیل میدهند. نتایج پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تشکیل فاز هیدرید در نمونه را تایید کردند. با افزایش دانسیته جریان فازهای هیدرید بیشتری در نمونه تشکیل شد که باعث ایجاد ترکهای بیشتری شده است. این ترکها علاوه بر کاهش خواص مکانیکی، باتوجه به تغییرات یونی و الکترونیکی ایجاد کرده در لایه اکسیدی به طور قابل توجهی نرخ خوردگی نمونه را افزایش داده است (تقریبا 100 برابر).
کلیدواژگان: خوردگی، الکتروشیمی، هیدرید، زیرکنیم -
صفحات 49-64
برخی مشتقات آنیلین بهعنوان بازدارندههای خوردگی آلی انتخاب شده و میزان بازدارندگی این ترکیبات با محاسبات تیوری تابعیت چگالی (DFT) مطالعه گردید.. برای این منظور مشتقات مختلف آنیلین شامل استخلافهای هالیدی (بهجز ید)، الکیلها (شامل متیل، ایزوپروپیل و ترشیوبوتیل)، OH، SH، NH2، OCH3 و NO2 انتخاب شدند. در این راستا پارامترهای شیمی کوانتومی مانند EHOMO، ELUMO، اختلاف انرژی (ΔE)، ممان دوقطبی (μ)، الکترونگاتیوی (χ)، سختی (η)، کسر الکترونهای انتقال یافته (ΔN) و همچنین پارامترهای ترمودینامیکی انرژی آزاد گیبس استاندارد (ΔGo) و پتانسیل کاهشی استاندارد (Eo) مورد محاسبه قرار گرفتند. محاسبات برروی ترکیبات توسط نرمافزار گوسین و با روش DFT/B3LYP و مجموعه پایه 6-311++G(d,p) در فاز گازی و آبی، به منظور یافتن ساختارهای بهینه و مشخص شدن پارامترهای شیمی کوانتومی مرتبط با خوردگی انجام شدپس از انجام کامل محاسبات، مشخص گردید که مناسبترین موقعیت برای استخلافها بر روی حلقه آنیلین موقعیت پارا میباشد. در مقایسه خاصیت بازدارندگی آنیلینهای مربوطه براساس پارامترهای ΔN و E° رتبهبندی NH2 > OCH3 > OH > SH > آلکیلها > آنیلین و هالوژنها > NO2 مشاهده گردید. نتایج حاصل از محاسبات مشتقات دارای گروههای متیل یا متوکسی و دادههای حاصل از مطالعات تجربی گذشته همخوانی خوبی با یکدیگر دارند. هر دو مطالعه رتبهبندی بازدارندگی را برای ترکیبات بهصورت پارا > ارتو > متا نشان میدهد که این موضوع تاییدی بر صحت محاسبات انجام شده است.
کلیدواژگان: مشتقات آنیلین، بازدارنده خوردگی، تئوری تابعیت چگالی، شیمی محاسباتی -
صفحات 65-84
وششهای خالص روی و نانوکامپوزیتی Zn-SiC و Zn-TiO2 با استفاده از فرآیند آبکاری پالسی از یک محلول پایه سولفاتی تهیه شدند. در حین پوشش دهی تحت فرآیند آبکاری پالسی، پارامترهای دانسیته جریان ماکزیمم، فرکانس و چرخه کاری بررسی شدند. جهت مشخصه یابی این پوشش ها، مورفولوژی سطح با استفاه از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM و FE SEM) ترکیب پوششها با استفاده از آنالیز عنصری EDS، ریزساختار با استفاده آنالیز اشعه ایکس (XRD)، رفتار خوردگی با با استفاده از آزمونهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، توپوگرافی سطح با استفاده از آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و همچنین میکروسختی نمونهها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. بیشترین میزان درصد نانوذرات رسوبی SiC به میزان 73/8 درصد حجمی و نانوذرات TiO2 به میزان 12/7 درصد حجمی مشاهده شد. همچنین کمترین دانسیته جریان خوردگی در پوشش روی به میزان A/cm2μ 1/7، در پوشش Zn-SiC به میزان A/cm2μ 49/4 و در پوشش Zn-TiO2 به میزان A/cm2μ 53/4 محاسبه گردید. لذا مشاهده شد استفاده توام از سیستم پوشش دهی کامپوزیتی و فرآیند آبکاری پالسی می تواند مقاومت به خوردگی را به میزان قابل توجهی افزایش داد. آنالیز XRD نشان می دهد در نمونه پوشش خالص، صفحه (002) جهت گیری غالب می باشد که با ورود نانوذرات SiC و TiO2 به درون ساختار فلز روی، شدت پیک (002) کاهش یافته و جهت گیری در راستای صفحه (101) تقویت میشود. زبری میانگین برای 3 نمونه از پوشش Zn، Zn-SiC وZn-TiO2 به ترتیب 11/528، 32/627 و nm41/815 میباشد. همچنین با ورود نانوذرات SiC و TiO2به ساختار فلز روی، میکروسختی افزایش یافته است.
کلیدواژگان: آبکاری الکتریکی پالسی، پوشش های نانوکامپوزیتی، کاربید سیلیسیم، اکسید تیتانیم، دانسیته جریان، فرکانس، چرخه کاری -
صفحات 85-98
در تحقیق حاضر، اتصال فاز مایع نافذ گذرای مجموعه 2205DSS/BNi6/2205DSS بررسی و تاثیر تکمیل انجماد همدما بر رفتار پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی نمونه اتصالی در محلول کلرید سدیم با غلظتهای مختلف مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی نشان داد که عدم تکمیل انجماد همدما در منطقه اتصال باعث افت شدید پتانسیل خوردگی حفرهای از 171/1 ولت (نسبت با الکترود مرجع Ag/AgCl) در فولاد پایه به 373/0 ولت در نمونه اتصالی در محیط کلرید سدیم 1/0 مولار میشود. با انتخاب صحیح پارامترهای اتصالدهی و تکمیل انجماد همدما، پتانسیل خوردگی حفرهای اتصال از 373/0 ولت قبل از تکمیل انجماد همدما به 180/1 ولت بعد از تکمیل انجماد همدما افزایش یافته که آن نزدیک پتانسیل فولاد پایه میباشد. افزایش پتانسیل خوردگی حفرهای اتصال بعد از تکمیل انجماد همدما، ناشی از حذف مناطق غنی از کروم و مولیبدن از منطقه اتصال و توزیع یکنواختتر این عناصر در منطقه اتصال بود. بررسی تاثیر غلظت کلرید سدیم بر رفتار پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی نمونههای اتصالی دلالت بر کاهش شدید پتانسیل خوردگی حفرهای نمونه اتصالی (قبل از تکمیل انجماد همدما) با افزایش غلظت کلرید سدیم به 5/2 مولار داشته، در حالیکه بعد از تکمیل انجماد همدما، نمونه اتصالی تا غلظت 5/1 مولار، پتانسیل خوردگی حفرهای نزدیکی به فولاد پایه داشته ولی با افزایش غلظت به 5/2 مولار، پتانسیل خوردگی حفرهای آن به طور محسوسی نسبت به فولاد پایه کاهش مییابد. مطابق با آنالیز سطوح خوردگی، وقوع حفره پایدار خوردگی در مرکز منطقه اتصال موجب کاهش پتانسیل خوردگی حفرهای نمونه اتصالی بعد از تکمیل انجماد همدما در غلظت بالاتر از 5/1 مولار میگردد. همچنین نتایج سطوح خوردگی آشکار نمود که با افزایش غلظت کلرید سدیم، شدت و وسعت خوردگی حفرهای در نمونه اتصالی قبل از تکمیل انجماد همدما بیشتر شده که آن میتواند ناشی ازکاهش پتانسیل خوردگی حفرهای با افزایش غلظت کلرید سدیم باشد.
کلیدواژگان: 2205، DSS، TLP، انجماد همدما، خوردگی حفره ای، غلظت -
صفحات 99-114
خوردگی فولاد در بتن از مهمترین دلایل تخریب زودرس سازههای بتنی است. استفاده از بازدارندههای خوردگی یکی از راههای کنترل خوردگی آرماتور در بتن میباشد. این مواد در مقادیر خیلی کم به محیط خورنده اضافه میشوند تا سرعت خوردگی را با تاثیر گذاری بر سرعت واکنشهای آندی، کاتدی و یا هر دو کاهش دهند. در این مقاله اثر بازدارندگی خوردگی سه ترکیب معدنی دی سدیم هیدروژن فسفات، سدیم مولیبدات و سدیم نیتریت در محلول شبیهساز حفرات بتن در دو غلظت 5/3٪ و 8/1٪ سدیم کلرید بررسی و مقایسه شده است. در این پژوهش با توجه به آزمونهای انجام شده در محلول شبیهساز حاوی 8/1٪ وزنی سدیم کلرید، بازدارندههای نیتریتی، فسفاتی و مولیبداتی به ترتیب در غلظتهای2/0، 0002/0 و 15/0 مولار، منجر به راندمان 69، 59 و 79 درصدی شدند. همچنین در بررسیهای میکروگرافهای میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص گردید که استفاده از این سه بازدارنده تعداد و فاصله حفرات سطحی را تا حد بسیار زیادی نسبت به نمونهی شاهد کاهش میدهد.
کلیدواژگان: خوردگی آرماتور، بازدارنده های خوردگی معدنی، سدیم نیتریت، دی سدیم هیدروژن فسفات، سدیم مولیبدات، طیف امپدانس الکتروشیمیایی
-
Pages 7-18
The high-temperature erosion-oxidation behavior of a Ni-20Cr-3Mo-4Fe alloy containing 0, 2, and 4 wt.% of Si was studied. The specimens were exposed to 700 °C silica sand mixed with 0.5 wt.% of NaCl-KCl salt for 250 h. The difference in the thickness of the samples before and after the erosion-oxidation test was the measure for the material loss. The sample comprising 4 wt.% of Si showed a thickness reduction of about 45 percent higher than the Si-free specimen. Since the oxide scale is mostly removed by the eroding particles, the specimens were oxidized in the atmospheres of moving air and air+chlorine in a tube furnace at 520 °C for 100h to better understand the behavior of oxide scales. The Si bearing alloys were interestingly of higher corrosion resistance. The results of microscopic evaluations were indicative of the effects of Si on the reduction of oxidation rate, deteriorating spalling resistance, and increasing the Cr interdiffusion coefficient in the alloy and a subsequent reduction in the Cr-depleted zone.
Keywords: Ni-20Cr-3Mo-4Fe alloy, Erosion-oxidation, high-temperature oxidation, silicon -
Pages 21-35
In this study, the inhibition effect of a Schiff base with three C=N groups and three aromatic rings on corrosion of 1018 carbon steel in 0.1 M hydrochloric acid is investigated by two electrochemical methods, impedance spectroscopy and polarization, at 25 °C. The inhibition efficiency increases by increasing the concentration of Schiff base from 100 to 500 ppm and the highest inhibition efficiency was about 96% at 25 °C for the concentration of 500 ppm of Schiff base. The results of the polarization method showed that the Schiff base in acidic solution acts as a mixed inhibitor. The charge transfer resistance (Rct) for 1.0 M HCl solution increases from 39.5 Ω.cm2 to 949.7 Ω.cm2 by adding 500 ppm of Schiff base. The effect of temperature on the inhibitor performance is investigated by electrochemical polarization method in the range of 25-65 °C and it shows decreasing of inhibition efficiency with increasing temperature. The adsorption of Schiff base molecules on the surface of 1018 carbon steel at all temperatures follows the Langmuir adsorption isotherm. The values of ΔGads obtain -32.122 kJ and -35.124 kJ mol-1 at 25 °C and 65 °C, respectively, which shows increment in its absolute value. These results show that the adsorption of Schiff base molecules on the surface of 1018 carbon steel is a physico-chemical adsorption.
Keywords: Corrosion inhibitor, Schiff base, 1018 carbon steel, Hydrochloric acid, Polarization, Electrochemical impedance spectroscopy -
Pages 37-48
In this study, the effect of hydride formation on the corrosion and mechanical behavior of Zr-1% Nb alloy in 0.5 M LiOH solution was investigated. Hydride phase was created by electrochemical method in 1 M H2SO4 solution at room temperature. In this method, the hydrogen atoms adsorb on the surface and then penetrated into the bulk, which causes formation of the hydride phase. The results of X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) confirm the formation of the hydride phase in the sample. More hydride is formed in the sample with increasing current density, which led to the creation of more cracks. In addition, these cracks reducing the mechanical properties (about 12%) and significantly increased the corrosion rate of the sample due to the ionic and electronic changes in the oxide layer (about 100 time).
Keywords: Corrosion, Electrochemical, Mechanical properties, Morphology, Hydride, Zirconium -
Pages 49-64
Some aniline Derivatives as organic corrosion inhibitors were selected and the inhibition effects of these compounds was studied with density functional theory (DFT) calculations. Some aniline derivatives containing substituted halides (except I), alkyls (methyl, isoporopyl and ter-butyl), OH, SH, NH2, OCH3 and NO2 were selected. For this purpose some electronic parameters such as EHOMO, ELUMO, the energy gap (ΔE), dipole moment (μ), electronegativity (χ), global hardness (η), the fraction of electrons transferred (ΔN) as well as the thermodynamic parameters such as standard Gibbs free energy (ΔGᵒ ) and standard reduced potential (Eᵒ ) were calculated. In order to find optimized structures and determination of quantum chemical parameters related to corrosion, the calculations were performed by using Gaussian software with DFT/B3LYP method and 6- 311++G(d,p) basis set in the gaseous and aqueous phases. After performing the calculations, it was determined that the most appropriate position on the aniline ring is para position. The NH2 > OCH3 > OH > SH > aniline and halides < alkyls > NO2 order was obtained by comparing their inhibitory properties based on the ΔN and E° parameters. The results of the calculations of the derivatives containing methyl or methoxy groups and last experimental studies are in good agreement. Both studies show the order of inhibition for compounds as para> ortho> meta, confirming the validity of the calculations.
Keywords: aniline derivatives, corrosion inhibitor, density functional theory, computational chemistr -
Pages 65-84
In this research, pure zinc, Zn-SiC and Zn-TiO2 nanocomposite coatings were fabricated through pulse electroplating process from a sulphate bath. While pulse electroplating, the effect of several parameters like maximum current density (ip), frequency and duty cycle were investigated. In order to characterize the obtained coatings, surface morphology of the coatings was investigated by scanning electron microscopy (SEM & FESEM), composition of the coatings by elemental energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis, microstructure by means of X-ray (XRD) method, corrosion measurement by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), surface topography by the use of atomic force microscopy (AFM) and also microhardness of the coatings were investigated. The highest amount of incorporated SiC nanoparticles was 8.73 Vol. % and for TiO2 nanoparticles was 7.12 Vol. %. Also, minimum corrosion current density for pure zinc coating was 7.1, for Zn-SiC nanocomposite coating was 4.49 and for Zn-TiO2 nanocomposite coating was 4.53 μA/cm2. It was observed that utilization of simultaneous of composite coating system and also pulse electroplating process leads to significant increase in corrosion resistance. XRD analysis also showed that preferred orientation for pure zinc coating is through (002) plane. By incorporation of SiC and TiO2 nanoparticles into the zinc matrix, the intensity for (002) plane decreases and (101) plane intensity increases. Average roughness for three samples of Zn, Zn-SiC and Zn-TiO2 coatings was 528.11, 627.32 and 815.41 nm respectively. The microhardness of the coatings was also improved after SiC and TiO2 incorporation.
Keywords: Pulse electroplating, nanocomposite coatings, SiC, TiO2, current density, frequency, duty cycle -
Pages 85-98
In the present study, the effect of completion of isothermal solidification (IS) and NaCl concentration on potentiodynamic polarization behavior (PDP) of transient liquid phase bonded (TLP) 2205 duplex stainless steel (DSS) was investigated. The PDP results indicated that the pitting potential was decreased from 1.171VAg/AgCl in the as-received base metal to 0.373VAg/AgCl in the TLP bonded specimen before completing the IS in 0.1M NaCl test solution. By completion of the IS, the pitting potential of TLP bonded specimen increased to 1.180VAg/AgCl which was similar to that of the as-received base metal (1.171VAg/AgCl). This improve of pitting potential was strongly related to the uniform distribution of Cr and Mo across the bonding zone due to removing (Mo, Cr)-rich secondary phases from the bonding zone after completion of the IS. Before completion of the IS, the pitting potential of TLP bonded specimen decreased significantly with the increasing chloride concentration, while after it, the pitting potential was almost equal to that of the as-received base metal until 1.5M NaCl, but with increasing to 2.5M NaCl, the stable pitting attack occurred in the bonding zone and therefore, the pitting potential was decreased in the TLP bonded specimen. Furthermore, with increasing chloride concentration from 0.1 to 2.5M, the pitting corrosion was extended in the bonding zone before completing the isothermal solidification, which could be due to decreasing the pitting potential of TLP bonded specimen with increasing the NaCl concentration.
Keywords: 2205 DSS, TLP, Isothermal Solidification, Pitting potential, Concentration -
Pages 99-114
Corrosion of steel in concrete is the most important reason for the premature destruction of concrete structures. The use of corrosion inhibitors is a suitable way to control the corrosion of reinforcement in concrete. These chemicals are added in small amounts to the corrosive medium to reduce the rate of corrosion by affecting the rate of anodic, cathodic, or both reactions. In this paper, we investigate the corrosion inhibitory effects of disodium hydrogen phosphate, sodium molybdate, and sodium nitrite in simulated concrete pore solution in two concentrations of 1.8% and 3.5% NaCl. Hence according to the tests performed in simulator solution containing 1.8 wt.% NaCl salts, the nitrite, phosphate, and molybdate inhibitors added in 0.2, 0.0002, and 0.15 M, resulted in the efficiencies of 69, 59 and 81 percent, respectively. Also, in scanning electron microscopy micrographs, it was found that the use of these three inhibitors dramatically reduces the number and distance of surface pits compared to the control sample.
Keywords: Rebar Corrosion, Inorganic Corrosion Inhibitors, Sodium Nitrite, Disodium Hydrogen Phosphate, Sodium Molybdate, Electrochemical Impedance Spectroscopy