دانلود مقاله خواص متالورژیکی پوشش ها

روش تحقیق در این پروژه کوشش شده است تا با افزودن مقادیر مختلف بیسموت به حمام گالوانیزه و نیز اعمال پوشش از حمام آلیاژی ترکیب شیمیایی پوششها، ریز ساختار،‌ضخامت و سختی لایه های آلیاژی پوشش های حاصله مطالعه شده خواص سطحی پوشش ها به کمک XRD ومیکروسکوپ الکترونی بررسی شده ، خواص متالورژیکی پوشش ها نظیر چسبندگی ، یکنواختی و مقاومت به خوردگی مورد بررسی قرارر گرفته اند و نهایتاً محصولات خوردگی به کمک 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 نیکل ، اسید کلریدریک ، کلریدآمونیوم ، کلرید روی ، هیدروکسیدسدیم ، کربنات سدیم ، تری سدیم فسفات ، سیلیکات سدیم، بوته فولادی ، تراپنت، کوره الکتریکی ذوب فلزات غیرآهنی ، دستگاه ضخامت سنج مغناطیسی ، دستگاه میکروسختی سنج ، محفظه مه نمکی ، محفظه مرطوب، میکروسکوپ ، مته ، گیوتین ، ترازوی دقیق با دقت یکدهم 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- ترکیب 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 محکم شده است.

2-2- آماده سازی بوته ذوب جهت تهیه مذاب از یک کوره الکتریکی مخصوص ذوب فلزات غیرآهنی با تلرانس دمایی 1 درجه سانتیگراد ،‌همراه با یک بوته فولادی استفاده شده است.

جهت کاهش حمله مذاب به بدنه حمام ،‌این بوته توسط ترانپت که دوغابی سرامیکی شامل اکسید زیر کونیوم و اکسید تیتانیوم می باشد پس از فیلتر شدن در صافی پوشش داده شده و سپس در هوا خشک گردیده است.

پس از 24 ساعت این کار دوباره تکرار شده و سپس بوته به مدت 48 ساعت در هوا قرار گرفته و خشک شده است.

پس از قراردادن بوته در کوره، دمای کوره 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 اکسیداسون شدید حمام و افزایش براقیت و یکنواختی پوشش .

005/0 تا007/0 درصد وزنی آلومینیوم به حمام گالوانیزه اضافه می کنند.

از این رو تمام حمام های مورد بررسی در این پروژه حاوی تقریباً 005/0 درصد وزنی آلومینیوم می باشند که 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 نیکل به حمام گالوکو ،‌ابتدا به کمک پودر نیکل آمیژانی ‌حاوی 53/0 درصد نیکل 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 کنترل شده در مذاب غوطه ور شده اند.

مراحل کار به شرح زیر است الف چربی گیری و قلیاشویی چربی گیری قطعات در محلولی با ترکیب شیمیایی ذیل و در دمای 65 درجه سانتیگراد و به مدت 5 دقیقه انجام شده است هیدروکسید سدیم 25 گرم کربنات سدیم 25 گرم تری سدیم فسفات 75 گرم سیلیکات سدیم 75 گرم حجم محلول 2000 سانتیمتر مکعب ب شستشو در آب جاری ج اسیدشویی جهت اسیدشویی از اسید کلریدریک 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 فلاکسینگ برای فلاکسینگ نمونه ها از فرایند خشک استفاده شده است.

به این منظور نمونه ها به مدت یک دقیقه در محلول 600 گرم بر لیتر کلرید روی و 400 گرم بر لیتر کلرید آمونیوم و دمای 70-60 درجه سانتیگراد قرار گرفته اند.

د خشک نمودن نمونه ها پس از خروج از حمام فلاکس درون کوره ای در دمای 120 درجه سانتیگراد قرار گرفته ، بمدت15 دقیقه خشک شده اند.

توجه به این نکته ضروری است که جهت جلوگیری از تجزیه فلاکس ، نباید دمای کوره بالاتر از 150 درجه سانتیگراد برود.

در این مرحله نمونه ها جهت اعمال پوشش آماده شده اند.

تصویر کوره مورد استفاده در شکل 3-1 آمده است.

شکل 3-1 تصویر کوره مورداستفاده ه غوطه وری و اعمال پوشش جهت اعمال پوشش ابتدا کوره روشن شده به آرامی تا دمای 420 درجه سانتیگراد گرم شده است.

سپس شمش روی برش خورده ، درون کوره 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 کم 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 اکسیدهای سطحی کنار زده شده ، و نمونه های فلاکس شده وارد مذاب شده اند.

برای اینکه 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 ،‌اکسیدهای سطحی و اضافات فلاکس کنار 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 یکسان50 میکرومتر 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 -نیکل در دمای غوطه وری به مذاب اضافه شده اند و پس از آلیاژ سازی ، مذاب حدود نیم ساعت هم زده شده است تا کاملاً یکنواخت گردد.

ک - کونچ نمودن پوشش در آب جاری نمونه ها پس از خروج از حمام به مدت 30 ثانیه در هوا نگهداری شده سپس در آب جاری کونچ شده اند و نهایتاً توسط هیتر خشک شده اند.

سپس مفتول های متصل به نمونه ها جدا شده ، در دیسکاتور قرار داده شده اندتا برای آزمونهای مورد نظر نگهداری شوند.

4- متالوگرافی پوشش ها برای آماده سازی پوشش های اعمالی جهت بررسی های میکروسکوپی، مقطع مناسبی از نمونه ها برش خورده است.

جهت برش نمونه ها از دستگاه برش روی میزی استفاده شده است و دور دیسک آن روی rpm 150تنظیم شده است.

نمونه ها پس از مانت شدن توسط کاغذهای سنباده 180 ، 320 ، 500 و 1000 صیقل کاری شده ،‌نهایتاً توسط پودر آلومینای 3/0 میکرون 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 الکل توسط هیترخشک شده ،جهت نگهداری در دیسکاتور 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 دستگاه ضخامت سنج مغناطیسی مطابق با استاندارد ASTM D1400 جهت سنجش ضخامت از این روش از دستگاه Elcometer 355 استفاده شده است.

- ضخامت سنجی توسط میکروسکوپ نوری جهت اندازه گیری ضخامت لایه های آلیاژی و کل ضخامت پوشش ها از این روش، مقاطع متالوگرافی شده ، توسط میکروسکوپ نوری مجهز به نرم افزار کامپیوتری 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 کلریدریک 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 میکروسکوپی به منظور بررسی تأثیر عناصر آلیاژی بر ریز ساختار و چگونگی توزیع آنها در پوشش ،‌مقاطع متالوگرافی شده پوشش ها توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی مطالعه شده اند و توزیع عناصر آلیاژی موجود در لایه های آلیاژی پوشش به کمک 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 میکروسکوپ الکترونی 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 تشکیل شده در سطح پوششها پس از آزمونهای خوردگی در محفظه مرطوب و محفظه مه نمکی مطالعات XRD انجام شده است.

دیفرکتومتر دستگاه از نوع Philips PW3710 بوده ، از لامپ مس ، ولتاژ 40 کیلو 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 میکروسختی 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 ویکرز 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- یکنواختی پوشش ها جهت بررسی یکنواختی 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 یکنواختی پوشش در نظر گرفته شده است.

2-8- آزمونهای خوردگی جهت بررسی میزان خوردگی پوشش ها ، از آزمون پاشش نمک ، 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 یکسان انتخاب شده اند.

جهت قابل مقایسه بودن نتایج حاصل از آزمونهای خوردگی ، نمونه هایی با ضخامت یکسان 50 میکرومتر 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 خشک شده اند.

5-2-3-2- اثر ترکیب شیمیایی حمام شکل 5-49 نمودار تغییرات سختی لایه اتاولایه های آلیاژی پوشش های اعمالی در در زمان 10 دقیقه نشان می دهد.

شکل 5-49- نمودار تغییرات سختی لایه اتا و لایه های آلیاژی پوشش های اعمالی در زمان 10 دقیقه همچنانکه مشاهده می شود، با افزایش یک درصدسرب به حمام گالوانیزه و نیز حداکثر 5/3 درصد بیسموت به حمام حاوی یک 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 - نیکل ، بیشتر از دیگر پوشش ها می باشد.

افزایش سختی این لایه ها در نتیجه انحلال نیکل 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 کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی شکل 5-50 تا 5-54 تصاویر میکروسکوپ الکترونی 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.

شکل 5-50 – تصویر میکروسکوپ الکترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn شکل 5-51- تصویر میکروسکوپ الکترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb شکل 5-52- تصویر میکروسکوپ الکترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb-1%Bi شکل 5-53- تصویر میکروسکوپ الکترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb-3.5%Bi شکل 5-54- تصویر میکروسکوپ الکترونی سطح پوشش حاصل از حمام Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni چنانکه در این تصاویر مشاهده می شود، با افزایش یک درصد سرب به حمام روی انبوهی از ذرات سرب با توزیع ناهمگن در سطح پوشش مشاهده می شوند.

با افزایش یک درصد بیسموت به حمام حاوی سرب،‌اندکی دانسیته‌ذرات کاهش می یابند.

توزیع این ذرات در سطح پوشش ناهمگن می باشد.

در آنالیز لایه اتا به کمکWDXذرات 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 که اکثر ذرات موجود در سطح پوشش را ذرات فازی بیسموت تشکیل می دهند، به نظر می رسد که ذرات فازی سرب – بیسموت بیشتر تمایل به قرارگیری درون لایه اتا دارند و ذرات بیسموت بیشتر در سطح پوشش قرار می گیرند.

چنانکه 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 که تقریباً تمام سطح پوشش را اشغال نموده اند و آنالیز EDX نشان می دهد که تقریباً تمام این ذرات بیسموت می باشند و در برخی نواحی حضور سرب نیز قابل تشخیص می باشد که احتمالاً مربوط به ذرات بین فلزی سرب – بیسموت می باشند.

مطالعه تصویر سطح پوشش حاصل از حمام حاوی عناصر قلع ، نیکل و بیسموت نشان می دهد که 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 ترکیبات موجود در سطح پوششها شکلهای 5-55 تا 5-58 ،‌دیفرکتوگرام 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.

شکل 5-55- دیفرکتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn شکل 5-56- دیفکتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn-1%Pb-3.5%Bi شکل 5-57- دیفرکتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn-1%Pb-3.5%Bi شکل 5-85- دیفرکتوگرام اشعه X مربوط به سطح پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-%0.05%Ni مطالعه این دیفرکتوگرامها، نشان دهنده حضور ترکیبات سرب – بیسموت و بیسموت فلزی در پوشش حاصل از حمام حاوی یک درصد بیسموت ، ترکیب بیسموت فلزی در پوشش حاصل از حمام حاوی 5/3 درصد بیسموت و ترکیبات قلع و بیسموت فلزی در پوشش بدست آمده از حمام روی – نیکل – قلع – بیسموت می باشد.

نکته دیگری که از این دیفرگتوگرامها برداشت می شود، کاهش شدت پیک اصلی روی – صفحه (101) - با افزایش عناصر آلیاژی می باشد.

کاهش شدت این پیک در پوشش حاوی 5/3 درصد بیسموت بسیار شدید می باشد؛ ضمن اینکه شدت دیگر پیکهای فلز روی – بجز پیک صفحه (102) – شدیداً کاهش یافته و پیک های قوی از بیسموت در دیفرکتوگرام 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 میکروسکوپ الکترونی سطح این پوشش ، این نتیجه را تأیید می کند.

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

5-4- بررسی ترکیب شیمیایی پوشش ها جدول 5-4- نتایج حاصل از بررسی غلظت عناصر سرب ، بیسموت ،‌قلع و نیکل را در پوشش ها و در زمانهای مختلف نشان می دهد.

شکل 5-59 تا 5-65 منحنی های تغییرات غلظت عناصر آلیاژی موجود در پوشش ها را بصورت تابعی از زمان نشان می دهند.

شکل 5-59- منحنی تغییرات غلظت سرب در پوشش Zn-1%Pbبصورت تابعی از زمان شکل 5-60 – منحنی های تغییرات غلظت سرب و بیسموت در پوشش Zn-1%Pb-1%Bi بصورت تابعی از زمان شکل 5-61- منحنی تغییرات غلظت سرب و بیسموت در پوشش Zn-1%Pb-0.5%Bi بصورت تابعی از زمان‌ شکل 5-62- منحنی تغییرات غلظت سرب و بیسموت در پوشش پوشش Zn-1%Pb-1%Bi بصورت تابعی از زمان ‌ شکل 5-63- منحنی تغییرات غلظت سرب و بیسموت در پوشش Zn-1%Pb-2%Bi بصورت تابعی از زمان شکل 5-64- منحنی تغییرات غلظتسرب و بیسموت در پوشش Zn-1%Pb-3.5%Bi بصورت تابعی از زمان ، شکل 5-65- منحنی تغییرات غلظت بیسموت ،‌قلع و نیکل در پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%%Ni بصورت تابعی از زمان ، بررسی این منحنی ها نشان می دهد که در تمامی حمامها ،‌افزایش زمان غوطه وری سبب کاهش غلظت سرب در پوشش می گردد.

چنین روندی در پوشش های حاصل از حمامهای حاوی بیسموت نیز مشاهده می گردد.

یک استثناء در مورد پوشش حاصل از حمام حاوی 5/3 درصدبیسموت مشاهده می گردد و با افزایش زمان غوطه وری از 4 تا 10 دقیقه ، غلظت بیسموت در پوشش افزایش می یابد.

بررسی پوشش حاصل از حمام حاوی عناصر قلع، نیکل و بیسموت نشان می دهد که قلع نیز رفتاری نظیر سرب و بیسموت دارد و افزایش زمان غوطه وری باعث کاهش غلظت این عنصر می گردد.

رفتار نیکل با دیگر عناصر آلیاژی متفاوت می باشد و افزایش زمان غوطه وری ، افزایش غلظت این عنصر رادر برخواهد داشت.

دلیل کاهش غلظت عناصر سرب، بیسموت و قلع در پوشش با افزایش زمان غوطه وری ، حلالیت پایین این عناصر در فازهای دلتا و زتا می باشد.

استثنایی که در مورد حمام حاوی 5/3 درصد بیسموت مشاهده می شود با توجه به اینکه نفوذ تابع غلظت و زمان غوطه وری می باشد، احتمالاً به دلیل افزایش میزان نفوذ اتمهای بیسموت در نتیجه غلظت بالای این عنصر در حمام گالوانیزه ‌می باشد.

با توجه به حلالیت و ضریب نفوذ بالای نیکل در فازهای دلتا و زتا ، افزایش زمان غوطه وری ، سبب افزایش غلظت این عنصر در پوشش می گردد.

5-5- بررسی چسبندگی پوششها بررسی مقاطع برش خورده پوشش های حاصل از حمامها نشان می دهد که زمان یا ترکیب شیمیایی حمام ، تأثیری بر میزان چسبندگی پوشش ها نداشته ، تمامی پوشش ها از چسبندگی مناسبی برخوردار بوده و اثری از پریدگی یا جداشدن پوشش از سطح فولاد مشاهده نمی شود.

تصاویر مربوط به مقاطع برش خورده پوشش های حاصل از حمام های Zn-1%Pb-3.5%Bi,Zn و Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni در زمانهای 1، 2،4 و 10 دقیقه در شکلهای 5-66 تا 5-68 نشان داده شده است.

شکل 5-66- مقاطع برش خورده پوشش حاصل از حمام Zn از راست به چپ 1دقیقه ، 2 دقیقه ، 4 دقیقه و 10 دقیقه شکل 5-67- مقاطع برش خورده پوشش حاصل از حمام Zn-1%Pb از راست به چپ 1 دقیقه ، 2 دقیقه ، 4 دقیقه و 10 دقیقه شکل 5-68- مقاطع برش خورده پوشش حاصل از حمام Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-%0.05%Ni از راست به چپ 1 دقیقه ، 2 دقیقه ، 4 دقیقه و 10 دقیقه به نظر کاتزانگ مهمترین عامل در میزان چسبندگی پوشش های گالوانیزه ،‌غلظت سیلسیوم موجود در فولاد می باشد و ترکیب شیمایی حمام تأثیر چندانی بر میزان چسبندگی پوشش نخواهد داشت [].

از سویی برخی محققان معتقدند که در شرایط عدم حضور و یا ناپیوسته شدن گاما، چسبندگی پوشش های گالوانیزه افزایش می یابد.

متأسفانه ، آزمون انجام شده یک آزمون کیفی می باشد ولی با قبول فرضیه مذکور پیش بینی می شود که تمامی پوشش های اعمالی در زمان ده دقیقه و نیز پوشش اعمالی از حمام روی – نیکل – قلع – بیسموت در زمان 4 دقیقه از چسبندگی بالاتری نسبت به دیگر پوشش ها برخوردار باشند.

5-6- بررسی یکنواختی پوشش ها جهت بررسی یکنواختی پوشش های اعمالی ، انحراف از معیار داده های ضخامت سنجی از 9 نقطه از سطح پوشش اندازه گیری شده توسط دستگاه ضخامت سنج مغناطیسی اندازه گیری شده است، مورد استفاده قرار گرفته است.

شکل 5-69 نمودار تغییرات انحراف از معیار داده های ضخامت سنجی را بصورت تابعی از زمان پوشش دهی ، برای تمام پوشش ها نشان می دهد.

شکل 5-69 – نمودار تغییرات انحراف از معیار داده های ضخامت سنجی بصورت تابعی از زمان پوشش دهی نکته قابل توجه در مورد یکنواختی پوشش های گالوانیزه این است که بطور کلی ضخامت این پوشش ها در لبه ها و گوشه های نمونه بیشتر است.

مطالعه نمودار شکل 5-69 نشان می دهد که زمان غوطه وری تأثیر چندانی بر میزان یکنواختی پوشش ها ندارد.

با افزایش سرب و نیز افزایش بیسموت تا 5/0 درصد به حمام گالوانیزه حاوی یک درصد سرب، انحراف از معیار داده ها کاهش یافته ، یکنواختی پوشش ها افزایش می یابد.

دلیل افزایش یکنواختی پوششها در نتیجه حضور عناصر سرب و بیسموت، کاهش کشش سطحی مذاب و افزایش قابلیت تخلیه مذاب اضافی از سطح قطعه می باشد.

5-7- بررسی مقاومت به خوردگی پوشش ها 5-7-1- آزمون محفظه مه نمکی تصاویر ماکروسکوپی پوشش های اعمالی از حمام روی و حمامهای آلیاژی که در مدت زمانهای 168 ، 336 ، 504 ، 672، 840 ،‌1008 و ‌1176 ساعت در معرض پاشش نمک قرار داشته اند،‌در شکلهای 5-70 تا 5-77 آمده است.

الف ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-0.5%Bi, Zn-1%Pb-0.1%Bi-Zn-1%Pb,Zn ب ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-3.5%Bi,Zn-1%Pb-2%Bi,Zn-1Pb-1%Bi-0.05%Ni شکل 5-70 – تصویر ماکروسکوپی سطوح پوشش های خورده شده ، پس از 168 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی الف ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-0.5%Bi, Zn-1%Pb-0.1%Bi, Zn-1%Pb,Zn ب ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-3.5%Bi,Zn-1%Pb-2%Bi,Zn-1%Pb-1%Bi-0.05%Ni شکل 5-71 تصویر ماکروسکوپی سطوح پوشش های خورده شده پس از 360 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی الف ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-0.5%Bi, Zn-1%Pb-0.1%Bi,Zn-1%Pb,Zn ب) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-3.5%Bi,Zn-1%Pb-2%Bi,Zn-1%Pb-1%Bi,Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni شکل 5-72 تصویر ماکروسکوپی سطوح پوشش های خورده شده پس از 504 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی الف ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb.0.5%Bi,Zn-1%Pb-0.1%Bi, Zn-1%Pb,Zn ب ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-2%Bi,Zn-1%Pb-1%Bi Zn-1%Pb-3.5%Bi و Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni شکل 5-73- تصویر ماکروسکوپی سطوح پوششهای خورده شده پس از 672 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی الف ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-0.1%Bi,Zn-1%Pb,Zn Zn-1%Pb-0.5%Bi ب ) از چپ به راست به ترتیب Zn-1%Pb-2%Bi,Zn-1%Pb-1%Bi Zn-1.8%Sn-0.5%Bi,0.05%Ni,Zn-1%Pb-3.5%Bi شکل 5-76 تصویر ماکروسکوپی – سطوح پوشش های خورده شده پس از 1176 ساعت قرارگیری در محفظه‌مه نمکی مطالعه ماکروسکوپی سطح پوشش ها نشان داد که در ساعات اولیه قرارگیری نمونه ها در محفظه مه نمکی ، رسوب سفید در سطح پوشش ها پدیدار می گردد و تفاوتی میان پوشش ها از لحاظ زمان تشکیل رسوب سفید مشاهده نمی گردد.

البته نرخ رشد رسوب سفید در پوشش های مختلف متفاوت می باشد.

مطالعه ماکروسکوپی پوشش ها نشان می دهد که افزایش یک درصد سرب به حمام گالوانیزه، مقاومت پوشش در برابر رشد رسوب سفید را کاهش می دهد.

با افزایش حداکثر یک درصد بیسموت به حمام حاوی یک درصد سرب‌، ‌تغییر محسوسی در چگونگی رشد،‌رسوب سفید مشاهده نمی شود.

ولی با افزایش غلظت بیسموت به دو درصد ،‌مقاومت پوشش شدیداً کاهش یافته و حداکثر کاهش مقاومت به تشکیل رسوب سفید، در پوشش حاصل از حمام حاوی 5/3 درصد بیسموت مشاهده می شود.

این درحالیست که مقاومت پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni در برابر رشد رسوب سفید مشابه با پوشش حاصل از حمام روی می باشد و بیشترین مقاومت در برابر رشد رسوب سفید در این دو پوشش مشاهده می گردد.

نتایج حاصل از بررسی زمان ظهور رنگ قرمز در سطح پوشش ها در جدول 5-5 آمده است.

جدول 5-5- زمان ظهور رنگ قرمز در سطح پوششها مطالعه جدول 5-5 نشان می دهد که با افزایش یک درصد سرب به حمام گالوانیزه مقاومت خوردگی پوشش کاهش می یابد با افزایش حداکثر یک درصد بیسموت به حمام حاوی یک درصد سرب تغییر محسوسی در مقاومت پوشش پدید نمی آید ولی افزایش 2 تا 5/3 درصد بیسموت ،‌مقاومت پوشش در برابر ظهور زنگ قرمز را کاهش می دهد.

مقاومت پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni در برابر ظهور رنگ قرمز اندکی بیشتر از پوشش گالوانیزه روی می باشد.

شکلهای 5-77 تا 5-84 تصاویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش های اعمالی را پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی نشان می دهند.

شکل 5-77 تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-48 تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1%Pb پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-79 – تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1%Pb-0.1%Bi پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-80 – تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1%Pb-0.5Bi پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-81 – تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1%Pb-1%Bi پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-82 – تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1%Pb-2.5%Bi پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-83- تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1%Pb-3.5%Bi پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی شکل 5-84- تصویر میکروسکوپ استریو سطح پوشش Zn-1.8%Sn-??%Bi پس از 1248 ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی 5-27- آزمون محفظه مرطوب 5-8-2- آزمایش پاشش نمک این آزمون یک آزمایش تسریع شده ، جهت بررسی مقاومت خوردگی پوشش ها و کلاً فلزات در اتمسفرهای دریایی می باشد.

این آزمایش براساس استاندارد ASTM B-117 [ ] انجام شده است.

تصویر تجهیزات و دستگاه مورد استفاده ، در شکل 4- نشان داده شده است.

شکل 4- تصویر دستگاه آزمایش پاشش نمک و تجهیزات مربوطه در این آزمایشگاه ، نمونه ها ، در محفظه دستگاه قرار داده شده و تحت آزمایش پاشش نمک قرارداده شده اند.

نمونه های مذکور در سیکلهای 24 ساعته به منظور بررسی ظهور رسوب سفید و یا زنگ قرمز به صورت چشمی کنترل شده اند.

ضمناً جهت بررسی چگونگی رشد رسوب سفید، در سیکلهای زمانی 168 ساعته ،‌(یک هفته ای ) از سطح پوششها،‌تصاویر ماکروسکوپی گرفته شده است.

5-8-3- آزمایش محفظه مرطوب خوردگی اتمسفری پوشش های روی شدیداً وابسته به حضور یا عدم حضور رطوبت می باشد و میزان رطوبت جذب شده در سطح پوشش ،‌با میزان رطوبت نسبی و دما تغییر می کند ] [.

جهت بررسی خوردگی اتمسفری پوشش ها و کلاً فلزات،‌ از آزمایش استاندارد ASTM D2247 استفاده می شود.

جهت انجام این آزمایش استاندارد ،‌محفظه ای با حجم 300 لیتر که قابلیت کنترل دما را داشته باشد، مورد استفاده قرار می گیرد ، در این پروژه ،‌از دستگاه آزمایش رطوبت با حجم 300 لیتر که مجهز به ترموستات و ترموکوپل جهت کنترل دما می باشد استفاده شده است.

شکل 4- تصویر دستگاه محفظه مرطوب مورد استفاده را نشان می دهد.

شکل 4- تصویر دستگاه محفظه مرطوب براساس استاندارد، دمای دستگاه روی 40 درجه سانتیگراد ( با خطای3) تنظیم شده و آب مقطر به حجم دولیتر در محفظه مربوطه ریخته شده است.

در این شرایط دستگاه ، قابلیت ایجاد رطوبت نسبی 100 درصد را دارا می باشد.

پس از تنظیم دستگاه ، نمونه ها به مدت 48 ساعت در محفظه قرار داده شده سپس تصاویر ماکروسکوپی از آنها تهیه شده است.

- بررسی خوردگی در محفظه مرطوب تصاویر ماکروسکوپی سطوح پوشش که به مدت 48 ساعت در محفظه مرطوب قرار داشته اند، در شکل 5- آمده است.

شکل 5- تصویر ماکروسکوپی سطوح پوشش ها پس از 48 ساعت قرارگیری در محفظه مرطوب الف ) از چپ به راست ‌Zn-1%Pb-0.5%Bi,Zn-1%Pb-0.1Pb-0.1%Bi,Zn-1%Pb,Zn ب ) از چپ به راست Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni نتایج حاصل از این آزمون ، مشابه با نتایج حاصل از آزمون محفظه مه نمکی می باشد.

مطالعه تصاویر ماکروسکوپی نشان می دهد که حضور یک درصد سرب در حمام گالوانیزه ،‌مقاومت پوشش را در برابر تشکیل رنگ سفید کاهش می دهد و افزایش حداکثر یک درصد بیسموت به حمام گالوانیزه حاوی یک درصد سرب ، تغییر محسوسی در مقاومت به تشکیل زنگ سفید نسبت به حمام Zn-1%Pb ایجاد نمی کند ولی با افزایش 2 تا 5/3 درصد بیسموت به حمام گالوانیزه حاوی یک درصد سرب ، مقاومت خوردگی پوشش مجدداً کاهش می یابد.

مقاومت پوشش حاصل از حمام Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni ،‌ در برابر تشکیل زنگ سفید مشابه با پوشش حاصل از حمام Zn می باشد.

- بحث میزان خوردگی سطوح پوشش ، شدیداً به شرایط سطحی پوشش ها بستگی دارد .

چنانکه در مطالعه تصاویر میکروسکوپ سطوح پوشش مشخص شد، سطح پوشش های حاصل از حمام های روی – سرب و نیز روی – سرب – بیسموت ، شامل دانسیته نسبتاً بالایی از ذرات سرب، بیسموت یا ترکیب بین فلزی این دو می باشد.

این ذرات دارای ابعاد نسبتاً درشتی بود، و بصورت غیرهمگن در سطح پوشش پراکنده شده اند ضمناً سطح پوشش بدست آمده از حمام Zn-1%Pb-3.5%Bi تقریباً بطور کامل از ذرات سفید رنگ (عمدتاً بیسموت) پوشیده شده است.

با توجه به اینکه ذرات سرب و بیسموت از گروه عناصر نوبل می باشند،‌احتمالاً غلظت بالای این عناصر باعث ایجاد پیلهای موضعی زیادی در سطح پوشش شده و این امر سبب کاهش مقاومت خوردگی پوشش شده است.

احتمالاً دلیل عدم تغییر مقاومت به خوردگی پوشش حاصل از حمام Zn-1.8%Sn-0.5%-Bi-0.05%Ni نسبت به پوشش Zn در برابر تشکیل رسوب سفید یا رنگ سفید، این است که ذرات قلع و بیسموت بصورت ذرات بسیار ریز و با توزیع بسیار همگن در سطح پوشش پراکنده شده اند.

ضمناً با توجه به اینکه فاز دلتا از میان ترکیبات بین فلزی روی آهن دارای بیشترین مقاومت به خوردگی می باشد، دلیل اندک افزایش مقاومت این پوشش در برابر زنگ قرمز نسبت به پوشش روی ، احتمالاً افزایش ضخامت فاز دلتا در پوشش می باشد.

بررسی محصولات خوردگی بررسی محصولات خوردگی در آزمایش پاشش نمک مطالعه‌دیفرکتوگرامهای اشعه X محصولات خوردگی پوشش روی و تمامی پوششهای آلیاژی حاکی از عدم تغییر محصولات خوردگی در نتیجه حضور عناصر آلیاژی می باشد این امر نشان می دهد که تغییر مقاومت خوردگی پوششها، در نتیجه تغییر ساختار محصولات خوردگی نمی باشد.

شکل 5- دیفرکتوگرام اشعه x محصولات خوردگی بوجود آمده در سطح پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni را پس از ساعت قرار گیری، ‌در محفظه مه نمکی نشان می دهد.

شکل 5- دیفرکتوگرام اشعه x محصولات خوردگی پوشش Zn-1.8%Sn-0.5%Bi-0.05%Ni پس از ‌ساعت قرارگیری در محفظه مه نمکی چنانکه مشاهده می شود جزء اصلی محصولات خوردگی را ترکیبی به نام سایمن کلئیت تشکیل می دهد و در کنار این ترکیب ، اکسید روی و هیدروزینکیت نیز مشاهده می شوند.

به نظر محققان [ ] فیلم تشکیل شده بر سطح پوشش گالوانیزه ابتدا اکسید روی می باشد که در محیطهای آبی به هیدروکسید روی تبدیل گردیده ،‌در واکنش با Co2 محلول در آب ، ایجاد هیدروزینکیت می کند.

این ترکیب نامحلول بوده ، خاصیت حفاظتی نسبتاً خوبی دارد، لیکن غلظت بالای یون کلر ، مانع از پایداری این محصول شده و ترکیب سایمن کلئیت با جایگزینی یون کلر بجای یون کربنات ایجاد می گردد.

این ترکیب از فشردگی کم ، حلالیت نسبی و سرعت تشکیل بالا برخوردار بوده [ ] و عملاً در کنار اکسید روی نیمه هادی سبب افزایش خوردگی پوشش گالوانیزه می گردد.