مصرف سود پرک

مقدمه

کامپوزیت های ماتریس فلزی دسته مهمی از مواد می باشند که با تقویت‌ کننده‌ های غیرفلزی در معیارهای فلزی گنجانده شده ‌اند. ماتریس‌های آلیاژ آلومینیوم که به طور عمده  ۲۰۲۴ ،۵۰۵۲ ،۶۰۶۱ و۷۰۷۱  می باشند. به‌عنوان مواد ماتریسی با ذرات کاربید سیلیکون تحت عنوان عامل تقویت کننده اصلی به طور گسترده ‌ای در مصرف سود پرک مورد استفاده قرار گرفته اند. این مواد به دلیل مقاومت بالایی که در برابر شکستگی و نسبت مقاومت به وزن زیادی که دارند بیشتر مورد توجه قرار گرفته ‌اند.

MMC های بر پایه آلومینیوم کاربردهای بالقوه ‌ای در محیط ‌هایی با درجه حرارت بالا بویژه در قطعات موتور خودرو مانند شفت متحرک ،سیلندرها، و پیستون ‌ها و روتورهای ترمز و صنایع هوا و فضا دارا        می باشند. ضریب هدایت حرارتی زیاد و ضرایب انبساط حرارتی کم این مواد باعث کاربردهایی شده ‌است که در آن‌ها در معرض محیط‌ های خورنده بالقوه قرار می گیرند.

تجزیه و تحلیل کامپوزیت و آلیاژ پایه در مصرف سود پرک

در روند تحقیقات کاپوزیت SIC(P) و آلیاژه آلومینیوم  ۶۰۶۱ مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می باشند.  این کامپوزیت از آلیاژ پایه آلومینویم ۶۰۶۱  تقویت شده با ذرات SIC با خلوص ۹۹ درصد و اندازه ۲۳ LM ساخته شده است.  این روند با استفاده از روش ریخته‌گری در مرکز مطالعات دانشگاهی علوم و فناوری میان رشته ای تهیه شده است. ترکیب آلیاژ آلومینویم ۶۰۶۱  در جدول زیر آورده شده‌ است.

کوپن ‌های تست استوانه ‌ای از میله‌ های بریده شده که با رزین اپوکسی مهرو موم شده ‌اند تهیه شده است.

این کوپن ‌ها طبق روش متالوگرافی استاندارد ، سنگ ‌زنی کمربندی ، و پس از آن پرداخت بر روی کاغذ های زمردی و درنهایت با استفاده از آلومینای لاویژ شده. جهت بدست آوردن یک محصول آینه ‌ای مورد پرداخت قرار گرفته ‌اند. سپس با استون چربی زدایی شده و هنگام مصرف سود پرک با آب مقطر مورد شستشو قرار گرفته‌ اند.

و قبل از قرار گرفتن در محیط خورنده به طور کامل خشک شدند. تصاویر SEM زیر سطوح کامپویت و آلیاژ پایه قبل و بعد از غوطه وری در درون سود پرک ۵/۰ مولار گرفته شده است.

بررسی انواع ماتریس های آلیاژی

شکل زیر توزیع یکنواخت ذرات SIC را روی ماتریس آلیاژ نشان می دهد.

شکل یک مصرف سود پرک

روند مورفولوژی سطح آلیاژ پایه تازه جلا داده شده تک فاز و یکنواخت توسط فراش‌ های پرداخت مکانیکی در شکل زیر نشان داده ‌شده است.

شکل دو مصرف سود پرک

نمایی که در دو  شکل زیر مشاهده می شود نشان ‌دهنده مقدار خوردگی شدید این دو نمونه در موقع مصرف سود پرک می باشد.

شکل سه مصرف سود پرک

شکل چهار مصرف سود پرک

آنالیز و بررسی طیف های EDX  در موقع مصرف سود پرک

سود پرک به ‌عنوان یک ماده بسیار خورنده برای آلومینیوم ، هم آلیاژ پایه و هم نمونه ‌های کامپوزیت را  بشدت مورد تهاجم قرار می ‌دهد.  با این‌حال به نظر می ‌رسد که نمونه کامپوزیت نسبت به آلیاژ پایه دچار خوردگی شدیدتری شده است. این روند ممکن است به دلیل اثر گالوانیک به فرآیند خوردگی نسبت داده شود. که به همراه ذرات SIC  به عنوان مکان‌ های کاتدی در روند مصرف سود پرک عمل می کنند.

شکل زیر طیف EDX   نمونه خورده ‌شده کامپوزیت  را در محلول سود پرک نشان می دهد. همچنین طیف قله‌ های آلومینیوم را با اکسیژن را نیز نشان می‌دهد. که حاکی از وجود اکسید آلومینیوم و هیدروکسید است. وجود قله ‌های سیلیسی و کربن وجود SIC را در سطح کامپوزیت ثابت می کند.

شکل پنج مصرف سود پرک

شکل زیر طیف EDX   را برای نمونه خورده‌ شده‌ آلیاژ پایه در محلول سود پرک با قله‌ های مربوط به آلومینیوم و اکسیژن نشان می‌دهد. که نشان‌ دهنده وجود آلومینیوم، اکسید آلومینیوم ، و هیدروکسید می ‌باشد .

شکل شش مصرف سود پرک

بررسی موشکافانه انواع نمودارهای غلظت

شکل ‌های زیر به ترتیب در محلول های سود پرک با غلظت های مختلف در دمای ۳۰ درجه سانتی‌گراد منحنی ‌های قطبش پتانسیودینامیکی ثبت‌ شده برای  AL/SIC و آلیاژ پایه AL 6061 را در هنگام مصرف سود پرک نشان می دهند.

شکل هفت مصرف سود پرک

شکل هشت مصرف سود پرک

تحلیل اثر عامل دما و اثر ترمودینامیکی آن

در چهار دمای دیگر نیز نتایج مشابهی بدست آمد. پارامترهای الکتروشیمیایی مانند پتانسیل خوردگی ، تراکم جریان خوردگی ، شیب آندی  و شیب کاتدی و میزان خوردگی در غلظت‌های مختلف و دماهای مختلف سود پرک برای هر دو کامپوزیت و آلیاژ پایه در روند مصرف سود پرک به ترتیب جدول زیر آورده شده است.

از داده‌ها و اطلاعات موجود در جدول فوق مشاهده می‌شود که چگالی جریان خوردگی با افزایش غلظت سود پرک برای هر دو کامپوزیت و آلیاژ پایه افزایش می‌ یابد. همچنین طبق شکل های فوق و داده ‌های جدول فوق مشخص است. که مقادیر ECORR با روند افزایش غلظت سود پرک در جهت پتانسیل منفی جابجا می شوند. که این روند در هر دو نمونه معمول می باشد.

کاهش مقدار پتانسیل خوردگی نشان ‌دهنده از دست دادن انفعال نمونه به دلیل نازک شدن لایه اکسید اولیه توسط عمل انحلال شیمیایی یون‌های هیدروکسید در افزایش غلظت قلیایی است. علاوه بر این مشاهده می‌شود که تغییر در ECORR  بیشتر در مورد روند کامپوزیتی می باشد. و درمورد آلیاژ پایه کمتر می باشد و این نشانگر این موضوع می باشد. که نازک شدن لایه اکسید اولیه در اثر حمله یون هیدروکسید بیشتر در مرحله مصرف سود پرک بر روی کامپوزیت می باشد.

نمودارهای چگالی و اثر دما بر کامپوزیت و آلیاژ پایه

در شکل زیر نمودارهای بدست آمده برای کامپوزیت و آلیاژ پایه در محلول سود پرک نیم مولاری در دمای ۳۰ درجه سانتی‌گراد نشان داده شده ‌است.

شکل هشت مصرف سود پرک

شکل نه مصرف سود پرک

مقادیر چگالی جریان خورندگی نشان می‌دهد که کامپوزیت بیشتر از آلیاژ پایه دچار خوردگی می شود. خوردگی آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم در محیط قلیایی را می‌توان بر این اساس توضیح داد که سطح این مواد توسط یک فیلم غیرفعال آلومینایی تشکیل‌شده است. که در اثر واکنش آلومینیم با هوا در پروسه مصرف سود پرک بوجود آمده است. وقتی فلز یا آلیاژ آلومینیو م در محلول‌های قلیایی غوطه ور می ‌شود لایه آلومینایی به دلیل انحلال شیمیایی به سرعت حل می‌گردد.

واکنش کاتدی و روند امپدانس در مصرف سود پرک

واکنش کاتدی زیر که روی سطح الکترود تحت پوشش فیلم انجام می‌شود عمدتاً برای روند کاهش آب می باشد.

شکل ده مصرف سود پرک

یون‌های هیدروکسید تشکیل شده با افزایش اسیدیته محلول می‌شوند ازاین ‌رو که اضافه ولتاژ هیدروژن بر روی آلومینیوم بسیار کم می ‌باشد. و آزادسازی هیدروژن به‌آسانی در سطح فلز صورت می‌گیرد افزایش اسیدیته موضعی روی سطح فلز پایه واکنش و روند خوردگی را تسریع کرده. و به فیلم غیرفعال آسیب می رساند. گزارش شده ‌است که انحلال آندی آلومینیوم در محیط قلیایی از طریق افزودن  گام به گام گونه ‌های مختلف هیدروکسیل سطحی صورت می گیرد. و در آخر با انحلال شیمیایی آلومینیوم هیدروکسید در حضور فیلم اکسید سطحی انجام می شود.

محققان فرض کردند که تقویت SIC با تغییر اندازه و توزیع فازهای بین فلزی تقویت کننده و ماتریسی از طریق اصلاح زیرساخت های آلیاژی ماتریس بر رفتار خوردگی در فرآیند مصرف سود پرک تاثیر می‌گذارد. اندازه‌گیری ‌های امپدانس الکتروشیمیایی نمودارهای NYQUIST  برای خوردگی کامپوزیت و آلیاژ پایه در محلول‌های سود پرک با غلظت ‌های مختلف در دمای ۳۰ درجه سانتی‌گراد در شکل‌های زیر نشان داده شده ‌است. در چهار دمای مختلف نیز نتایج مشابهی بدست آمد.

شکل یازده مصرف سود پرک

شکل دوازده مصرف سود پرک

حلقه خازنی و مدار موازی مقاومت

همان طور که از شکل‌ ها دیده می شود نمودارهای امپدانس نیم دایره‌ هایی را نشان می دهند که نشان می دهند فرآیند خوردگی عمدتاً توسط روند انتقال بار کنترل می شود. اشکال عمومی منحنی ‌ها برای آلیاژ پایه در محلول ‌های سود پرک با غلظت ‌های مختلف یکسان می باشد.  با یک حلقه‌ خازنی بزرگ در فرکانس‌ های بالاتر و یک حلقه القایی در فرکانس ‌های متوسط. و به ‌دنبال آن یک  حلقه خازنی دوم در  فرکانس پایین ‌تر.

نتایج مشابهی در مقالات مربوط به خوردگی آلومینیوم خالص در محلول‌های قلیایی گزارش شده است. طیف ‌های امپدانس کامپوزیت SIC از دو حلقه خازنی تشکیل شده ‌است.  که یک حلقه بزرگ در فرکانس‌های بالا و دیگری حلقه‌ کوچک در فرکانس ‌های پایین می باشد. حلقه خازنی با فرکانس بالا می‌تواند به انتقال بار فرایند خورندگی و تشکیل لایه اکسیدی اختصاص یابد.

مدار موازی مقاومت به دلیل هدایت یونی در فیلم اکسید و خازن به دلیل خواص دی ‌الکتریک در نظر گرفته می شوند. طبق نظر محققین حلقه خازنی مربوط به واکنش ‌های سطحی می باشد. علی ‌الخصوص برای واکنش ‌های اکسیداسیون آلومینیوم در رابطه فلز، اکسید و الکترولیت. این فرآیند شامل تشکیل یون آلومینیوم در رابطه فلز و اکسید و انتقال آن‌ ها از طریق رابطه اکسید محلول می باشد. که در آنجا به یون AL3  اکسید می شوند.

این واقعیت را که هر سه فرایند تنها با یک حلقه نشان داده می شوند را می توان به هم‌ پوشانی حلقه‌ های فرایندها نسبت داد. یا به این فرض که یک فرایند غالب است و بنابر این فرایندهای دیگر را حذف می‌کند نسبت داد. حلقه استقرایی در فرکانس ‌های میانی ممکن است به دلیل روند آرام سازی در لایه اکسید باشد که توسط گونه‌ های میانی جذب شده به ‌عنوان هیدروکسید در سطح فلز وجود دارد. همچنین حلقه خازنی دوم مشاهده ‌شده در فرکانس ‌های پایین را می‌توان به محلول فلز اختصاص داد.

منبع:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878535211003042?via%3Dihub