مکانیزم های بهبود مقاومت به خوردگی

مکانیزم های بهبود مقاومت به خوردگی

• بازدید:98
• کامنت:0
• یک شنبه, 23 شهریور 1404

چکیده:

فولاد زنگ نزن ۳۰۴ به دلیل ترکیب بهینه کروم و نیکل، مقاومت خوبی در برابر خوردگی در بسیاری از محیط ها نشان میدهد. با این حال، در محیط های اسیدی قوی، لایه پسیو محافظ آن ممکن است تخریب شده و خوردگی موضعی رخ دهد. استفاده از پوشش های نانوساختار به عنوان یک راهکار نوین، امکان افزایش چشمگیر مقاومت به خوردگی این آلیاژ را فراهم میکند. این مقاله به بررسی مکانیزم های حفاظتی، انواع پوشش های نانوساختار و تأثیر آنها بر رفتار خوردگی فولاد ۳۰۴ در محیط های اسیدی می پردازد.

۱. مقدمه

فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۰۴ (۱۸٪ کروم، ۸٪ نیکل) به دلیل قیمت مناسب و خواص مکانیکی مطلوب، به طور گسترده در صنایع غذایی، شیمیایی و دارویی استفاده میشود. با این حال، در محیط های اسیدی (مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک و اسید فسفریک)، لایه اکسیدی محافظ (لایه پسیو) ممکن است دچار تخریب موضعی شده و منجر به خوردگی حفرهای یا یکنواخت شود. پوشش های نانوساختار با ایجاد یک سد فیزیکی و شیمیایی کارآمد، راهکاری امیدوارکننده برای غلبه بر این محدودیت هستند.

۲. انواع پوشش های نانوساختار و روش های اعمال

پوشش های نانوساختار مورد استفاده بر روی فولاد ۳۰۴ به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:

۲.۱. پوشش های نانومتری غیرفلزی

•    پوشش های نانوکامپوزیتی: مانند پوشش های SiO₂-TiO₂، ZrO₂-Y₂O₃ که از طریق سل-ژل یا رسوب گیری بخار شیمیایی (CVD) اعمال میشوند.
•    پوشش های پلیمری نانوساختار: مانند پلی آنیلین نانوساختار یا اپوکسی های تقویت شده با نانولوله های کربنی که از طریق غوطه ورسازی یا پاشش الکترواستاتیک اعمال میشوند.

۲.۲. پوشش های نانومتری فلزی

•    پوشش های نیکل-نانوکامپوزیت: مانند Ni-P-SiC، Ni-W-ZrO₂ که از طریق آبکاری الکترولسی یا الکتریکی اعمال میشوند.
•    پوشش های کروم نانوساختار: که با روش های رسوب گیری فیزیکی بخار (PVD) ایجاد میشوند.

۲.۳. پوشش های نانولایه ای

•    پوشش های چندلایه ای نانومتری مانند TiN/CrN یا DLC (کربن شبه الماس) که با روش های کندوپاش (Sputtering) ایجاد میشوند.

۳. مکانیزم های بهبود مقاومت به خوردگی

پوشش های نانوساختار از طریق چهار مکانیزم اصلی مقاومت به خوردگی را افزایش میدهند:

۳.۱. ایجاد سد فیزیکی یکنواخت

ریزساختار نانومتری این پوشش ها فاقد تخلخل و ترک های ریز است و therefore از نفوذ گونه های خورنده (مانند یون H⁺ و Cl⁻) به زیرلایه فولادی جلوگیری میکند.

۳.۲. بهبود پسیواسیون

برخی پوشش ها (مانند پوشش های حاوی کروم یا سیلیکا) با تشکیل لایه پسیو پایدارتر و با چسبندگی higher، مانع از حمله اسید میشوند.

۳.۳. اثر سد شیمیایی

پوشش های نانوکامپوزیتی با داشتن فازهای مختلف، مسیر نفوذ گونه های خورنده را مسدود کرده و سرعت خوردگی را کاهش میدهند.

۳.۴. خواص آبگریزی

برخی پوشش های نانوساختار (مانند پوششهای سیلیکونی نانومتری) با ایجاد سطح آب گریز، تماس سطح با الکترولیت اسیدی را کاهش میدهند.

۴. نتایج تجربی و مطالعات موردی

•    پوشش نانوکامپوزیتی SiO₂-TiO₂: در محیط اسید سولفوریک ۰.۵ مولار، سرعت خوردگی فولاد ۳۰۴ را تا ۹۵٪ کاهش میدهد.
•    پوشش Ni-P-SiC نانوساختار: در محیط اسید کلریدریک ۱٪، چگالی جریان خوردگی را از ۱۲ μA/cm² به ۰.۸ μA/cm² کاهش میدهد.
•    پوشش های پلی آنیلین نانوساختار: با mechanism حفاظت کاتدی، عمر مفید فولاد ۳۰۴ در محیط اسید فسفریک را افزایش میدهند.

۵. چالش ها و محدودیت ها

•    چسبندگی پوشش: در صورت وجود ناخالصی یا آماده سازی نامناسب سطح، چسبندگی پوشش کاهش یافته و تخریب موضعی.
•    هزینه بالا: روش هایی مانند PVD/CVD هزینه سرمایه گذاری بالایی دارند.
•    مقاومت سایشی: برخی پوشش های نانوساختار ممکن است مقاومت سایشی پایینی داشته باشند.

۶. نتیجه گیری و چشم انداز آینده

پوشش های نانوساختار به عنوان یک راهکار مؤثر، مقاومت به خوردگی فولاد ۳۰۴ در محیط های اسیدی را به طور چشمگیری افزایش میدهند. انتخاب نوع پوشش باید nature محیط اسیدی، ملاحظات اقتصادی و الزامات فنی انجام شود. توسعه پوشش های نانوکامپوزیتی هوشمند (smart coatings) که ق ability ترمیم خودکار دارند، جهت research های آینده امیدوارکننده است. همچنین، ترکیب پوشش های نانوساختار با روش های سنتی like آبکاری، میتواند economic viability این تکنولوژی را افزایش دهد.