استفاده از روشي نوين جهت بررسي خوردگي موضعي آلياژهاي آلومينيوم 2024 6061 در محيطهاي شبه اتمسفر دريايي
چكيده
افزودن برخي عناصر آلياژي مانند مس و روي به آلومينيوم و اعمال عمليات رسوبسختي، باعث ميشود اين آلياژها در
محيطهاي اتمسفري دريايي حساس به انواع خوردگي شوند. رسوبهاي تشكيل شده در زمينه و مرزدانهها، عامل اصلي
خوردگي بشمار مي روند. بمنظور بررسي رفتار خوردگي فلزات در محيطهاي اتمسفري دريايي نياز به محيطي شبيهسازي شده
است تا شرايط مخرب اتمسفري كلريدي را فراهم كند. در اين پژوهش از روشي جديد براي بررسي خوردگي اتمسفري استفاده
شد. در ابتدا نمونهها با شرايط خاص آمادهسازي شده و در مدت زمانهاي گوناگون درون سلولهاي خوردگي قرار گرفتند
به گونه اي كه بلورهاي نمك كلريد سديم، روي سطح نمونهها قرار داده شد و نواحي انتهاي دانه واقع درضخامت نمونهها بررسي
شد. در اين شرايط رطوبت نسبي ٪ 100 بود. مطالعات ميكروسكوپي نشان دادند، آلياژ 7075 بهدليل حضور رسوبات در
مرزدانهها در ك متر از 72 ساعت دچار خوردگي بيندانهاي شده و پس از گذشت زمان، خوردگي بيندانهاي به خوردگي حفرهاي
و پوستهاي شدن تبديل شده است. خوردگي يكنواخت همراه با حفرات ريز براي آلياژ 2024 رخ داده و آلياژ 6061 ميزان
خوردگي به مراتب ك متري نسبت به 2024 و 7075 داشته است. در پايان بمنظور مقايسه رفتار خوردگي روي سطح، آلياژها بر
به مدت 672 ساعت مورد آزمون مهنمكي قرار گرفتند. در اين شرايط، آلياژ 2024 بيش ترين ASTM B اساس استاندارد 117
مقدار خوردگي را داشته است.
واژههاي كليدي: آلياژهاي آلومينيوم، خوردگي اتمسفري دريايي، تركيبات بينفلزي، خوردگي بيندانهاي، خوردگي پوستهاي
شدن
استفاده از روشي نوين جهت بررسي خوردگي موضعي آلياژهاي آلومينيوم 2024
پيشگفتار
آلياژهاي آلومينيوم بهدليل داشتن خواص منحصر به فردي مانند نسبت استحكام به وزن بالا، جوشپذيري
خوب، شكلپذيري عالي و مقاومت به خوردگي نسبتا خوب، بهگونه گسترده در انواع سازهها، صنايع هوايي و
دريايي، خطوط انتقال برق، حمل و نقل و... استفاده مي شوند. با اضافه كردن عناصري مانند مس، روي و
سيليسيوم به آلومينيوم ميتوان به خواص مكانيكي بهينه رسيد. در برخي آلياژهاي آلومينيوم لازم است عمليات
ترمومكانيكي انجام شود. در اين عمليات كه بيش تر ويژه 7000 و 6000 است، ذرات در ، آلياژهاي سري 2000
مرزدانهها رسوب كرده و در نتيجه نواحي اطراف مرزدانه ها از عنصر آلياژي تهي ميشوند و اين خود ميتواند شروعي
براي خوردگي موضعي بويژه خوردگي حفرهاي و بين- دانه اي باشد. بنابراين، آلياژهاي آلومينيوم با استحكام بالا
7075 و 6061 كه در صنايع گوناگون كاربرد ، مانند 2024 فراواني دارند، حساسيت زيادي به خوردگيهاي موضعي
بويژه حفرهاي و بيندانهاي دارند. اين نوع خوردگيها مي توانند شروعي براي انواع خوردگي مثل پوستهاي شدن
و تركهاي (SCC) خوردگي تنشي ،(Exfoliation) خستگي در آلياژهاي آلومينيوم باشند. فرايندهايي مانند
عمليات حرارتي محلولجامد، كوئنچ و رسوبسختي، اثرقابل ملاحظهاي بر تركيب شيميايي موضعي آلياژهاي با
استحكام بالا و قابل عمليات دارد. بهطور كلي هر نوع عملياتي كه باعث از بين رفتن يكنواختي در ميكروساختار
آلياژ شود مقاومت به خوردگي را كاهش ميدهد
1بررسي خوردگي موضعي آلياژهاي آلومينيوم مورد نظر در محيطهاي هاليدي از اهميت بالايي برخوردار است.
محيطهاي هاليدي شامل يونهاي كلريد و يا بروميد مي توانند لايه رويين روي سطح آلومينيوم را بشكنند و
سبب ايجاد خسارت روي سطح شوند. از سوي ديگر، در اين آلياژها استحكام با انجام عمليات حرارتي و با رسوب
تركيبات شامل مس، روي و منيزيوم افزايش مييابد. (480°C انحلال اين رسوبات در دماهاي بالا ) حدود
محلول فوق اشباع از اين عناصر را بوجود ميآورد كه تحت عمليات حرارتي، تركيبات ريز شامل اين عناصر رسوب
ميكنند. رشد همين تركيبات، سبب ايجاد ساختاري ناهمگون شده كه افزون بر كاهش استحكام، در رشد لايه
پسيو تشكيل شده چه در هوا و چه در محيطهاي آبي، اخلال به وجود ميآورند. از اين رو، محل شروع
حفره دارشدن را ميتوان به نقاط ضعيف در لايه پسيو مرتبط دانست. برخلاف فلزات ديگر كه خوردگي باعث
كاهش كلي ضخامت ميشود در آلومينيوم خوردگي تمايل دارد به صورت موضعي در سراسر سطح، حفرات زيادي
توليد كند و در كل بخش وسيعي از سطح دست نخورده باقي ميماند 2
تا كنون پژوهش هاي زيادي در رابطه با خوردگي موضعي آلياژهاي آلومينيوم در محلولهاي كلريدي انجام
گرفته است. براي مثال، در سال 2004 سينياوسكي و كالينين به بررسي خوردگي آلياژهاي آلومينيوم در آب
دريا پرداختهاند[ 4]، ولي در مجموع ك متر به موضوع خوردگي اتمسفري پرداخته شده است. بتازگي كوزنيكا در
5]، لي و همكارانش ] سال 2009 در مورد آلياژ 2017 6] و نايت و همكارانش در سال 2011 ] روي آلياژ 2012
7 و 8]، مقالاتي در ] در مورد آلياژهاي 2024 و 7050 اين زمينه به چاپ رساندهاند. خوردگي اتمسفري نوع
خاصي از خوردگي بوده كه به علت تشكيل يك لايه الكتروليت روي سطح كه بيش تر فيلم نازكي از رطوبت
است، بوجود ميآيد. ضخامت اين لايه از 100 ميكرومتر تجاوز نميكند و ميتوان فرض كرد اين لايه هميشه اشباع
از اكسيژن است. وقتي فلز در آب يا محلول نمكي مانند كلريد سديم غوطهور است بهدليل كاهش نفوذ اكسيژن در
نواحي كاتدي نرخ خوردگي كاهش مييابد، ولي درخوردگي اتمسفري بهدليل اي نكه گاهي لايه الكتروليت
روي سطح خشك ميشود يك شرايط تناوب خشك و تر .[ بوجود ميآيد كه باعث تشديد خوردگي نيز ميشود[ 3
يون كلر نقش اصلي در خوردگي را ايفا ميكند. مقدار خورندگي محيط به شدت تابع غلظت يون كلر در اتمسفر
است[ 1]. يون كلر باعث تخريب و سوراخ شدن لايه اكسيدي محافظ ميشود. بر اساس پژوهش هاي
بروكشيتيس و كلارك [ 9] وجود اين يون در اتمسفرهاي دريايي باعث ميشود كه نرخ خوردگي آلومينيوم حدود
22 برابر بيش تر از نرخ خوردگي اتمسفرهاي روستايي شود
حساسيت به خوردگي وابستگي زيادي به ساختار شكل گرفته در فرآيندهاي آلياژسازي، شكلدهي و عمليات
حرارتي دارد. تركيبات بينفلزي نقش بسيار مهمي در خوردگي بيندانهاي دارند. تركيب شيميايي، اندازه، نحوه
توزيع و جهت رشد اين تركيبات از عوامل تأثيرگذار است[ 10 ]. خوردگيهاي موضعي بويژه حفرهاي و
بين دانه اي باعث شده تا كارشناسان در تعيين زمان عمر سازههاي آلومينيومي دچار مشكل شوند و نتوانند
گزارش هاي دقيقي ارائه دهند. برخلاف مطالعات بسيار زيادي كه طي 80 سال روي خوردگي موضعي آلومينيوم
انجام شده هنوز اين خوردگي كاملاً شناخته شده نيست. همانگونه كه بيان شد، بررسي خوردگي بيندانهاي
آلياژهاي آلومينيوم در محيطهاي گوناگون كلريدي، به صورت غوطهوري و به وسيله پلاريزاسيون
الكتروشيميايي انجام شده است در حالي كه اين نميتواند بهدرستي شرايط محيطي واقعي در اتمسفر را بيان كند.
نخستين روش براي بررسي خوردگي اتمسفري قرار دادن نمونهها در نواحي مورد نظر است، ولي اين روش بسيار
طولاني بوده و در بسياري از موارد امكانپذير نيست. روشهايي ديگري هم مانند آزمون مه نمكي وجود دارد
كه محيطي شبيه به اتمسفر دريايي فراهم ميكنند، ولي باز محدوديتهايي در استفاده از آن ها وجود دارد. در اين
پژوهش روشي نوين براي بررسي خوردگي اتمسفري دريايي بكار برده ميشود بهگونه اي كه با آغشتهكردن
سطح آلياژ با نمك كلريد سديم و قراردادن آن در محيطي مرطوب شرايطي خورنده براي ايجاد خوردگي ايجاد
مي شود. با اين كار ميتوان محيطي شبيه به اتمسفرهاي دريايي ايجاد كرد و نتايج بدست آمده را با شرايط واقعي
تعميم داد.
در رابطه با خوردگي اتمسفري آلومينيوم مطالب اندكي به چاپ رسيده است حتي از فلزاتي مانند فولاد كمكربن،
روي و مس، كم تر به اين موضوع پرداخته شده است. با توجه به اهميت موضوع و مقاله هاي اندك چاپ شده در
اين زمينه بنظر ميرسد اين مقوله هنوز نياز به پژژوهش ها ي بيش تري داشته باشد. شمار زيادي از
خسارتهاي ناشي از خوردگي در صنعت از لبه سازه ها و قطعات است. در اين پژوهش سعي بر آن است كه رفتار
در (End Grain) خوردگي موضعي از نواحي انتهاي دانه محيطي شبيهسازي شده از اتمسفر دريايي براي آلياژهاي
7075 و 6061 كه كاربردي ، رسوبسختي شده 2024 بسيار گسترده در صنايع هوافضا و دريايي دارند، بررسي
شود. به اين منظور، يك سري سلول خوردگي خاص طراحي شد. ويژگي اين سلولها اين است كه براي سطح
مقطع مورد نظر نمونه شرايطي فراهم ميكند كه بدون تماس مستقيم با محلول، شرايط محيطي حاوي يون كلر
را ايجاد كند. سطح مقطع نمونهها در طرف ضخامت در معرض محيط خورنده قرار ميگيرند. آزمون مهنمكي
روشي معمول در مطالعات خوردگي اتمسفري دريايي است كه شرايطي تشديد شده از محيط خورنده دريايي را
فراهم ميكند و در اين پژوهش بمنظور مقايسه رفتار خوردگي سطوح نمونهها استفاده شد.
مواد و روشها
در اين پژوهش از سه آلياژ آلومينيوم شامل آلياژهاي6061 استفاده شد. -T 7075 و 4 -T 2024 و 6 -T3
تركيب شيميايي آلياژهاي مورد استفاده به وسيله دستگاه كوانتومتر اندازهگيري شده و در جدول 1 نشان داده شده
است. بمنظور بررسي خوردگي اتمسفري، شرايط آزمايشي طراحي شد كه محيطي شبيهسازي شده از اتمسفر دريايي
را فراهم كند. به اين منظور، از هر كدام از آلياژها تعداد 2 سانتيمتر به وسيله قيچي × 1 × 0/ 16 نمونه با ابعاد 23
بريده شد بهگونهاي كه سطح مقطع محل مورد بررسي عمود بر جهت نورد بود. شكل 1الف سطح مورد نظري كه
در معرض محيط خورنده قرار گرفته را نشان ميدهد. تا SiC سطح مقطع مورد نظر كاملا با كاغذ سمباده
شماره 2500 سمبادهكاري و سپس به وسيله خمير آلومينا تا 6 ميكرومتر پوليش شد. سپس تمام سطوح ديگر
نمونه با لاك پوشانده شده تا در روند خوردگي تاثيري نداشته باشند. براي انجام آزمايش از يك سري سرنگ
استفاده شد. نمونهها به ته پيستونها چسبانده شده و پس از شستشو با اتانول و خشك كردن، مقداري بلور نمك
روي سطح مقطع تمام نمونهها (NaCl) كلريد سديم ريخته شد و سپس داخل سرنگها قرار گرفتند و در جاي
ثابتي بدون حركت نگه داشته شدند. براي تهيه شرايطمحيطي اتمسفري مرطوب، به داخل سرنگها آب مقطر
تزريق شد بهگونه اي كه تا نيمه نمونه بالا بيايد و در آخر محيط داخل سرنگها يا همان سلولهاي آزمايش
خوردگي توسط موم بسته شد تا بر اساس استاندارد محيطي با رطوبت نسبي ٪ 100 ASTM E104-85
داشته باشيم. تمام اين مراحل به اين منظور انجام شد كه محلول در تماس مستقيم با محل مورد بررسي نمونه
نباشد و شرايطي از خوردگي اتمسفري ايجاد شود. تصوير سلولهاي خوردگي و روش قرار گرفتن نمونهها در آن ها
در شكل 1ب مشاهده ميشود. نمونهها در مدت زمانهاي 504 و 672 ساعت از ،336 ،168 ،96 ،72 ،48 ،24
سلول خوردگي خارج و با آب مقطر شسته و خشك شدند. براي بالا بردن دقت در هر زمان از دو سلول خوردگي با
شرايط يكسان استفاده شد. در آزمايشي ديگر از هر سه آلياژ تعداد دو نمونه با ابعاد
5 سانتيمتر تهيه و پس از سمباده كاري تا × 5 × 0/13 در ASTM B شماره 1200 ، بر اساس استاندارد 117
دستگاه آزمون مهنمكي به مدت 672 ساعت قرار داده شدند.
براي از بين بردن محصولات خوردگي، بر اساس نمونهها به مدت پنچ دقيقه در ASTM G استاندارد 1
20 كه با g CrO 50 و 3 ml H3PO محلول(% 85 وزني) 4 90°C آب مقطر به حجم يك ليتر رسيده است در دماي
قرار گرفتند. براي نمايان كردن ريزساختار و نحوه دانه بندي از محلول زير استفاده شد.
2/5 ml HNO 65% وزني) 3 )+1/5 ml HCl ( 37% وزني ) + 1 ml HF ( 48% وزني )+ 95 ml H2O
بمنظور مطالعه رفتار خوردگي از ميكروسكوپ الكتروني و نرمافزار EDS مجهز به آناليز (SEM) روبشي
پردازش گر تصوير براي تعيين مقدار نفوذ خوردگي استفاده شد.
نتايج و بحث
پيش از اين كه به تفسير تصاوير و نتايج پرداخته شود، در نظر گرفتن اين نكته اهميت دارد كه هدف از اين
پژوهش بررسي خوردگي از نواحي انتهاي دانه بوده است براي همين تمام نمونهها به (End Grain)
غير از نمونههاي آزمون مهنمكي، در راستاي عمود بر جهت نورد و از ناحيه سطح مقطع ضخامت مورد بررسي
قرار مي گيرند.
از نمونههاي EDS و آناليز SEM شكل 2 تصاوير خارج شده از سلول خوردگي پس از 672 ساعت ( چهار
هفته) را نشان ميدهد. همان گونه كه از تصاوير مشخص است، مقدار خوردگي در آلياژهاي 2024 و 7075 به
مراتب بي شتر از آلياژ 6061 بوده است. محصولات خوردگي به رنگ خاكستري كاملا روي سطح نمونهها
ديده ميشوند. مقدار بالاي آلومينيوم و اكسيژن در محصولات خوردگي بهدليل تشكيل لايه اكسيدي از
است. درمورد آلياژ 2024 (Al2O اكسيد آلومينيوم ( 3 مقدار شايان توجه مس و براي آلياژ 7075 هم مقدار بالاي
روي در محصولات خوردگي نشان از تشكيل تركيبات مس و روي دارد. حضور كلر نيز حاكي از شركت آن در تشكيل
محصولات خوردگي و تشكيل تركيبات كلردار است. براي تعيين نوع خوردگي و بررسي رفتار آن نياز است
كه محصولات خوردگي كاملا از روي سطح برداشته شوند. استفاده شد. ASTM G براي اين منظور از استاندارد 1
پس از پاك شدن محصولات خوردگي، روي سطح آلياژ 7075 تركهاي بزرگ با عمق زياد مشاهده ميشود. نتايج
حاكي از آن است كه حتي در زمانهاي خيلي كوتاه خوردگي بيندانهاي وجود داشته است. در شكل 3 وقوع
ترك در لحظات ابتدايي مشاهده ميشود. در اين شكل
نمونه به مدت 72 ساعت در سلول خوردگي قرار داشته
است. در بررسي نمونههايي كه در مدتهاي ك متر مانند 48 ساعت در سلول خوردگي بودهاند چنين تركهايي
مشاهده نشده است. بنابراين، ميتوان نتيجه گرفت شروع خوردگي در بين ساعتهاي 48 تا 72 بوده است.
شكل 4 سطح مقطع آلياژ 7075 را كه به مدت 168 ساعت در سلول خوردگي بوده است را نشان ميدهد. در
اين مدت تركها رشد كرده و به صورت تركي با طول بزرگ و عمق زياد در راستاي موازي با كشيدگي دانهها
پيشروي داشته است. بر اساس اندازهگيريهايي كه با ميكروسكوپ الكتروني روبشي انجام گرفت، طول دهانه
ترك در مواردي به 20 ميكرون رسيده است. در شكل 4 دهانه ترك در بزرگنمايي بالاتر نيز نشان داده شده است.
با گذشت زمان تركها بزرگ تر شدهاند بهگونه اي كه در نمونههايي كه به مدت 672 ساعت در سلول خوردگي
بودهاند، تركها تبديل به حفراتي بزرگ و عميق شدهاند. اين خوردگي را ميتوان از نوع خوردگي پوستهاي شدن
در نظر گرفت. همانگونه كه در شكل 5 (Exfoliation) نشان داده شده است، تقريبا در تمام سطح، حفرات ريزي
نيز مشاهده ميشود. اين حفرات بهدليل مستعد بودن آلياژ به خوردگي حفرهاي در محيطهاي حاوي يون كلر است.
يون كلر شعاع يوني نسبتاً كوچكي داشته و ه مچنين، در محلولهاي آبي از موبيليته بالايي برخوردار است. بنابراين،
در لايه اكسيدي روي سطح نفوذ كرده و باعث تشكيل در OH- ميتواند جانشين Cl- ، حفره ميشود. هم چنين
كند و اين باعث AlCl شود و توليد 3 Al(OH) تركيب 3 ميشود فيلم اكسيدي محافظ، خاصيت خود را از دست
بدهد[ 1] . خوردگي اصلي كه موجب خسارت و گه گاه شكست زود هنگام قطعه ميشود، تركهاي بزرگ و
عميقي است كه در شكل 5 به وضوح مشاهده ميشود. در اطراف ترك اصلي يك سري شيارهايي نيز مشاهده مي-
شود. اين شيارها بهدليل وقوع مكانهاي كاتدي و آندي در اطراف ترك است، ولي اين مسئله كاملا روشن است كه
خوردگي در محل ترك به صورت كاملا موضعي تشديد شده است.
بمنظور بررسي چگونگي وقوع خوردگي بايد به دانه بندي آلياژ توجه كرد. همانگونه كه در شكل 6الف
مشاهده ميشود، دانهها با جهتگيري يكساني در امتداد يك ديگر كشيده شدهاند. با مقايسه نمونههاي خورده شده
ديده ميشود كه هميشه جهت ترك موازي با جهت كشيدگي دانههاست. هم چنين، براي بررسي رفتار
خوردگي ناگزير بايد به بررسي ذرات بينفلزي پرداخت زيرا اين ذرات باعث ايجاد مكانهاي ترجيهي براي شروع و
ادامه خوردگي ميشوند. اين ذرات با رسوب در ساختار و مرزدانهها عامل اصلي وقوع خوردگيهاي موضعي از جمله
بيندانهاي و حفرهاي هستند. شكل 6ب ذرات بينفلزي در ساختار آلياژ 7075 را نشان ميدهد كه رنگ روشنتر از
زمينه دارند. همان گونه كه مشاهده ميشود، بخشي از ذرات بينفلزي در مرزدانهها رسوب كردهاند. اين رسوبات
به صورت پراكنده توزيع شده و اشكال نامنظمي دارند. نشان ميدهد كه اين رسوبات حاوي EDS نتايج آناليز
هستند. نكته داراي Fe و Si ،Mn ،Cu ،Al عناصر در اين تركيبات ،Fe حضور عنصر EDS اهميت در آناليز
يك عنصر مضر در ساخت آلياژهاي Fe . رسوب كرده است آلومينيوم است و بهگونه ناخواسته وارد آلياژ ميشود و
موجب بوجود آمدن تركيبات بينفلزي آهندار زيادي ميشود[ 11 ]. اين Al7Cu2Fe و Al6Fe ،Al3Fe مانند
به عنوان ذرات كاتدي محل آزاد Al3Fe رسوبات و بويژه در pH . ميشوند (OH-) شدن يونهاي هيدروكسيل
محل اين رسوبات به علت احياي اكسيژن بهگونه موضعي قليايي ميشود و زمينه اطراف خورده ميشود و حفرهها
جوانه ميزنند. در برخي از موارد، رسوبات در حين آلياژسازي و طي مرحله ريختهگري در اثر واكنش عناصر
آلياژي اصلي با عناصر ناخالصي نظير آهن تشكيل
مي شوند. با توجه به حضور درصد شايان توجهي از آهن در
آلياژ و از سوي ديگر، حلاليت كم آهن در زمينه آلومينيوم
انتظار ميرود كه آهن اضافه بر حد حلاليت، در حين
.[ انجماد به شكل فازهاي غني از آهن رسوب دهد [ 11
در شكل 7 تركهاي خوردگي بيندانهاي مشاهده
مي شود كه موازي با جهتگيري دانههاست. اين تركها در
محيطهاي خورنده با گذشت زمان رشد كرده و ميتوان
گفت خوردگي بيندانهاي به پوستهاي شدن تبديل
مي شود. با شروع خوردگي موضعي زمينه بهطور سطحي
حل ميشود، اما طول رسوبات كاتدي محدود به سطح
نيست بلكه در عمق نمونه فرو ميرود. بنابراين، انحلال
زمينه از لايههاي سطحي به سمت داخل نمونه منتقل
ميشود. انحلال زمينه آلومينيوم ميتواند به سطح زيرين
اين رسوبات برسد. در اين صورت زمينه براي ادامه
پيشروي از زير رسوبات كانال ميزند. با اين مكانيزم پيوند
رسوب با زمينه سست شده و سرانجام رسوب از زمينه جدا
.[ ميشود.[ 11
تقريبا بيش تر بررسيهاي ميكروسكوپي 32 نمونه از
آلياژهاي 2024 و 6061 كه مانند 7075 در سلول
خوردگي قرار داشتهاند نشان ميدهد كه در هيچ يك از
نمونهها ترك مشاهده نشده است. خوردگي در اين آلياژها
به گونه يكنواخت و حفرهاي بوده است. آلياژ 2024 پس از
قرارگيري در سلول خوردگي مانند 7075 به سرعت ازخود واكنش نشان داده و خورده شده است. بهگونه اي كه
در همان ساعات ابتدايي محصولات خوردگي روي سطح
نمايان شدهاند، ولي با شستشوي محصولات خوردگي
مشاهده ميشود خوردگي از نوع حفرهاي و يكنواخت بوده
و هيچ گونه آثاري از ترك ديده نميشود. آلياژ 6061 بر
خلاف دو آلياژ ديگر نرخ خوردگي بسيار پاييني داشته و
تنها تعداد معدودي حفره روي سطح آن مشاهده ميشود.
از سطح نمونههاي خورده شده را SEM شكل 8 تصاوير
نشان ميدهد كه از محصولات خوردگي پاك شدهاند.
آزمون مهنمكي
بمنظور مقايسه نوع خوردگي در سطوح گوناگون فلز،
آلياژها مورد آزمون مهنمكي به مدت 672 ساعت قرار
گرفتند. در اين آزمون محل مورد بررسي سطح آلياژها
بوده است. براي بررسي ابتدا نياز است كه نحوه دانهبندي
و قرارگيري رسوبات بينفلزي تعيين شود. شكل 9 الف
چگونگي دانهبندي آلياژ 7075 و شكل 9 ب ذرهاي
بين فلزي كه در ساختار فلز قرار گرفته است را نشان
مي دهد. اين ذرات باعث تشديد اختلاف پتانسيل بين
نواحي گوناگون ساختار فلز شده و خوردگي را تشديد
مي كنند. در مورد آلياژ 2024 و 6061 نيز تقريبا دانهبندي
مشابهي با آلياژ 7075 مشاهده شد. همانگونه كه در
شكل 9 ب مشخص است، رسوب ذرات بينفلزي كه با
رنگ روشن مشاهده ميشود در ساختار كاملا مشهود
است. اين ذرات ماهيت كاتدي داشته و خوردگي موضعي
از نواحي SEM را تشديد ميكنند. شكل 10 تصاوير
خورده شده آلياژها را نشان ميدهد. تركهاي ايجاد شده
و وقوع خوردگي بيندانهاي و حفرهاي در آلياژ 2024
مشاهده ميشود. از عوامل موثر بر خوردگي آلياژ 2024
حضور يون مس در لايه اكسيد آلومينيوم است. در حين
رشد فيلم اكسيدي، احيا اكسيژن به وسيله اكسيداسيون
آب بر سطح آلومينيوم خالص قابل صرف نظر است زيرا به
دليل مقاومت بالاي لايه اكسيدي انتقال الكترون از فصل
مشترك لايه اكسيدي/الكتروليت به سمت فلز ناچيز است،
اما عناصر آلياژي اصلي، مانند مس يا تركيبات بينفلزي
حاوي مس ميتوانند مكانهاي كاتدي مناسبي جهت احيا
اكسيژن باشند [ 12 ]. در تصاوير شكل 10 و تصاوير
ميكروسكوپي ديگر مشخص است مقدار خوردگي آلياژ
2024 و 7075 به شدت بي شتر از 6061 بوده است. شكل
11 ميزان عمق و پهناي عميقترين حفره در آلياژهاي
2024 و 7075 را نشان ميدهد. آلياژ 2024 داراي
حفره اي با عمق 230 و پهناي 1225 ميكرون بوده است.
پس بي شترين مقدار خوردگي را داشته است.
در تمام نمونهها اين موضوع ديده ميشود كه خوردگي
آلياژهاي 2024 و 7075 در شرايط محيطي دريايي حاوي
يون كلر موضعي بوده و بيش تر به صورت حفره و گاهي به
صورت تركهاي بين دانهاي رخ مي دهد. بيش تر بررسيها
نشان ميدهند كه خوردگي بيندانهاي آلياژهاي آلومينيوم
بهدليل تشكيل سلولهاي گالوانيكي كه در مرزدانهها
بوجود ميآيند، رخ مي دهد. در واقع ميتوان گفت تركيب
شيميايي متفاوت تركيب بينفلزي و فاز زمينه باعث ايجاد
يك پيل گالوانيك بين اين دو بخش شده است. واكنش
كاتدي در اين پيل احياي اكسيژن و تشكيل يون
هيدروكسيد است كه در اثر لايه اكسيدي اطراف تركيب
بينفلزي حل ميشود. وقتي اين لايه حل شد، قليايي
شدن موضعي موجب ايجاد خوردگي شياري در فصل
مشترك بين ذره و زمينه ميشود. واكنش آندي متناظر با
واكنش كاتدي مزبور نيز رشد لايه پسيو بر روي زمينه و
افزايش ضخامت اين لايه است. ضمن اين كه واكنش
آلومينيوم با يون كلر موجود در محيط ميتواند محصول
خوردگي را در تركيب بينفلزي ايجاد كند[ 13 ]. در مورد
آلياژهاي سري 2000 خوردگي بيندانهاي بستگي به
ميزان مس و منيزيم موجود در آلياژ دارد. رسوب
كاتدي است) يا ،α -Al نسبت به ) Al2Cu فاز
آندي است) ،α-Al نسبت به ) Al2Mg و 3 Al2CuMg
.[ باعث خوردگي بيندانهاي ميشود[ 14
گفتني است در بررسيهاي ميكروسكوپي از سطح آلياژ
7075 خورده شده مقدار كمي تركهاي بيندانهاي
مشاهده شد. از اين مطلب ميتوان نتيجه گرفت با اين كه
اين آلياژ از نواحي انتهاي دانه و از طرف ضخامت قطعه در
محيطهاي كلريدي بسيار مستعد به خوردگي بيندانهاي
است، ولي در روي سطح مقدار خوردگي كم تري نسبت به
آلياژ 2024 داشته است. البته، از اين مطلب نميتوان
نتيجه گرفت كه آلياژ 7075 مستعد به اين نوع خوردگينيست بلكه ميتوان گفت در شرايط اتمسفري كلريدي
نسبت به آلياژ 2024 مقاومت بي شتري نسبت به خوردگي
بيندانهاي در روي سطح داشته است. بيان اين نكته
7075 و 6061 در ، ضرورت دارد كه هر سه آلياژ 2024
محيطهاي كلريدي بويژه در محيطهايي مانند آب دريا
مستعد به خوردگي بيندانهاي و حفرهاي هستند.
نتيجهگيري
نتايج نشان ميدهند كه روش استفاده شده در اين
پژوهش روشي مناسب در مطالعه خوردگي اتمسفري است
زيرا شرايط تشديد شده اتمسفري را فراهم ميكند و مكان
مورد بررسي در تماس مستقيم با محلول نيست.
در بررسي نواحي انتهاي دانه واقع در ضخامت، آلياژ
7075 بسيار مستعد به خوردگي موضعي بوده است.
به گونه اي كه ابتدا از تركهاي بيندانهاي شروع شده و
سپس به خوردگي پوستهاي شدن تبديل شده است. اين
آلياژ در مدت زمان كمتر از 72 ساعت ترك خورده و با
گذشت 168 ساعت دهانه ترك نزديك به 20 ميكرون
رسيده است. آلياژ 2024 در نواحي انتهاي دانه دچار
خوردگي يكنواخت همراه با حفرات ريز شده است، ولي در
بررسي سطح آن در آزمون مهنمكي بيش ترين مقدار
خوردگي را با داشتن حفرههايي با عمق حدود 230 و
پهناي 1225 ميكرون داشته است. آلياژ 6061 ، هم از
نواحي انتهاي دانه و هم روي سطح ك مترين مقدار
خوردگي را داشته است.
از متفاوت بودن نتايج دو آزمايش ميتوان نتيجه گرفت
بررسي خوردگي در نواحي انتهاي دانه واقع در ضخامت
قطعه اهميت بالايي دارد زيرا حاوي نتايج جديدي است.
