افزایش مقاومت به خوردگی موضعی تیتانیم خالص تجاری در محیط اسید سولفوریک با استفاده از روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 10، دوره 6، شماره 22- زمستان 94، بهمن و اسفند 1394، صفحه 127-136   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

حمید نیازی^{* 1}؛ فرهاد گلستانی فرد²؛ محمد شاهمیری³

¹کارشناس ارشد مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران.

²استاد دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، داشنگاه علم و صنعت ایران.

³استادیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران.

تاریخ دریافت: 31 اردیبهشت 1395،  تاریخ پذیرش: 31 اردیبهشت 1395 

چکیده

پوشش دی اکسید تیتانیم با استفاده از روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی در یک مرحله و طی زمان کوتاهی (ده دقیقه) روی سطح تیتانیم خالص تجاری اعمال شده است. در این پژوهش رفتار خوردگی تیتانیم خالص تجاری و نمونه پوشش داده شده با این روش در محیط اسید سولفوریک مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب فازی و ریخت شناسی سطحی پوشش ایجاد شده به ترتیب توسط پراش سنجی پرتوی ایکس[1] و میکروسکوپ الکترونی روبشی[2]مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از پراش سنجی پرتوی ایکس نشان داد که پوشش بدست آمده از فاز آناتاز[3] با ترکیب شیمیایی دی اکسید تیتانیم تشکیل شده است و در شرایط پوشش دهی فاز روتایل[4] تشکیل نشده است. علاوه بر این بررسی‌های میکروسکپی نشان دادند که پوشش ایجاد شده متخلل است و میکرو حفرات با قطر چند میکرو متر در اثر فرآیند چرقه زنی روی سطح پوشش ایجاد شده‌اند.آزمایش‌های الکتروشیمیایی پتانسیل مدار باز[5]، پلاریزاسیون سیکلی[6]در محیط هوازدایی شده حاوی 40 گرم بر لیتر اسید سولفوریک و 40 گرم بر لیتر کلرید سدیم انجام شد. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که افزون بر افزایش پایداری ترمودینامیکی تیتانیم در محیط آزمایش، نرخ خوردگی بیش از هشت مرتبه کاهش می‌یابد. مهم‌ترین دست آورد ایجاد پوشش اکسیدی ایجاد شده، افزایش مقاومت به خوردگی موضعی تیتانیم در محیط آزمایش است.



[1]-X-Ray Diffraction


[2]-Scanning Electron Microscope


[3]-Anatase


[4]-Rutile


[5]-Open Circuit Potential (OCP)


[6]-Cyclic potentiodynamic  Polarization

کلیدواژه‌ها

رفتار خوردگی؛ خوردگی موضعی؛ دی اکسید تیتانیم؛ اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی

عنوان مقاله [English]

Enhancement of Local Corrosion Resistance of CP-Titanium in H2SO4 Solution via Plasma Electrolytic Oxidation

نویسندگان [English]

H Niazi¹؛ F Golestani-Fard²؛ M Shahmiri³

چکیده [English]

TiO₂ coating was produced in single step and during a short time (10 min) by plasma Electrolytic Oxidation (PEO). In this study corrosion behavior of the CP-Ti and PEO coated sample were evaluated. Phase composition and surface morphology of the coating were studied by XRD and SEM respectively. X-ray diffraction result shows that the coating is consist of Anatase and the rutile is not formed under coating formation circumstances. Additionally, coatings demonstrate porous structure which contains micro-pores which are formed as a result of sparking process. Open circuit Potential and Cyclic potentio dynamic polarization tests were carried out in a de-aerated solution of 40 g l^-1 H₂SO₄ and 40 g l^-1NaCl. It is shown that thermodynamic stability of Titanium was enhanced which means that corrosion tendency was decreased. Furthermore corrosion rate was decreased more than eight times. The most important achievement of this study is improvement of the resistance against pitting corrosion.

کلیدواژه‌ها [English]

corrosion behavior, Local Corrosion, TiO2 Plasma Electrolytic Oxidation

مراجع

1- D. S. R. Krishna, Y. L. Brama, and Y. Sun," Thick Rutile Layer on Titaniumm for Treibological Applications, Tribiology International," Vol. 40, pp. 329-334.2006.

2-         I. Gurrappa, "Characterization of Titanium alloy Ti-6Al-4V for Chemical, Marine and Industrial Applications", Materials Characterization, vol. 51, pp. 131-139, 2003.

3- س. غ. رضوی، م. سبکتکین ریزی و م. طاهری، " بررسی خواص مکانیکی و فیزیکی جوشکاری لیزر و قوس الکتریکی تیتانیم خالص تجاری" مواد نوین، سال 4 شماره 4، ص 71-80، تابستان 1393.

4-         V. N. Moiseev, "Titanium in Russia", Metal Science and Heat Treatment, vol. 47, pp. 371-376, 2005.

5-         H. J. Rack and J. I. Qazi, "Titanium Alloys for Biomedical Applications", Materials Science and Engineering: C, vol. 26, pp. 1269-1277, 2006.

6-         W. Zhang, Z. Zhu, and C. Y. Cheng, "A literature Review of Titanium Metallurgical Processes," Hydrometallurgy, vol. 108, pp. 177-188, 2011.

7-         C.-J. Li and G.-R. Xu, "Influence of Ammonia on the Morphologies and Enhanced Photocatalytic Activity of TiO2 Micro/Nanospheres," Applied Surface Science, vol. 257, pp. 4951-4955, 2011.

8-         H. Niazi, F. Golestani-Fard, W. Wang, M. Shahmiri, H. R. Zargar, A. Alfantazi, and R. Bayati, "Structure–Property Correlation in EEMAO Fabricated TiO2–Al2O3 Nanocomposite Coatings", ACSApplied Materials & Interfaces, vol. 6, pp. 5538-5547,  2014.

9-         M. Shokouhfar, C. Dehghanian, and A. Baradaran, "Preparation of Ceramic Coating on Ti Substrate by Plasma Electrolytic Oxidation in Different Electrolytes and Evaluation of its Corrosion Resistance", Applied Surface Science, vol. 257, pp. 2617-2624, 2011.

10-       M. Shokouhfar, C. Dehghanian, M. Montazeri, and A. Baradaran, "Preparation of Ceramic Coating on Ti Substrate by Plasma Electrolytic Oxidation in Different Electrolytes and Evaluation of its Corrosion Resistance: Part II", Applied Surface Science, vol. 258, pp. 2416-2423, 2012.

11-       N. K. Kuromoto, R. A. Simão, and G. A. Soares, "Titanium Oxide Films Produced on Commercially Pure Titanium by Anodic Oxidation with Different Voltages", Materials Characterization, vol. 58, pp. 114-121, 2007.

12-       E. Matykina, R. Arrabal, F. Monfort, P. Skeldon, and G. E. Thompson, "Incorporation of zirconia into Coatings Formed by DC Plasma Electrolytic Oxidation of Aluminium in Nanoparticle Suspensions", Applied Surface Science, vol. 255, pp. 2830-2839, 2008.

13-       A. L. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland, A. Matthews, and S. J. Dowey, "Plasma Electrolysis for Surface Engineering", Surface and Coatings Technology, vol. 122, pp. 73-93, 1999.

14-       A. L. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland, and A. Matthews, "Characterisation of oxide films Produced by Plasma Electrolytic Oxidation of a Ti–6Al–4V Alloy", Surface and Coatings Technology, vol. 130, pp. 195-206, 2000.

15-       H.-J. Song, M.-K. Kim, G.-C. Jung, M.-S. Vang, and Y.-J. Park, "The Effects of Spark Anodizing Treatment of Pure Titanium Metals and Titanium Alloys on Corrosion Characteristics", Surface and Coatings Technology, vol. 201, pp. 8738-8745, 2007.

16-       M. R. Bayati, F. Golestani-Fard, and A. Z. Moshfegh, "How photocatalytic activity of the MAO-Grown TiO2 Nano/Micro-Porous Films is Influenced by Growth Parameters? ", Applied Surface Science, vol. 256, pp. 4253-4259, 2010.

17-       M. R. Bayati, A. Z. Moshfegh, and F. Golestani-Fard, "Effect of Electrical Parameters on Morphology, Chemical Composition, and Photoactivity of the Nano-Porous Titania Layers Synthesized by Pulse-Microarc Oxidation", Electrochimica Acta, vol. 55, pp. 2760-2766, 2010.

18-       V. Shoaei-Rad, M. R. Bayati, F. Golestani-Fard, H. R. Zargar, and J. Javadpour, "Fabrication of ZrO2–Al2O3 Hybrid Nano-Porous Layers Through Micro arc oxidation Process", Materials Letters, vol. 65, pp. 1835-1838, 2011.

19-       V. Shoaei-Rad, M. R. Bayati, H. R. Zargar, J. Javadpour, and F. Golestani-Fard, "In situ growth of ZrO2–Al2O3 Nano-Crystalline Ceramic Coatings Via Micro Arc Oxidation of Aluminum Substrates", Materials Research Bulletin, vol. 47, pp. 1494-1499, 2012.

20-       S. Yu, "Corrosion Resistance of Titanium Alloys", in Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection vol. vol 13A, ed: ASM International, 2003, pp. 703–711.

21-       Z. Yao, Y. Jiang, Z. Jiang, F. Wang, and Z. Wu, "Preparation and Structure of Ceramic Coatings Containing Zirconium Oxide on Ti Alloy by Plasma Electrolytic Oxidation", Journalof Materials Processing Technology, vol. 205, pp. 303-307, 2008.

22-       Z. Yao, Z. Jiang, X. Wu, X. Sun, and Z. Wu, "Effects of Ceramic Coating by Micro-Plasma Oxidation on the Corrosion Resistance of Ti–6Al–4V alloy", Surface and Coatings Technology, vol. 200, pp. 2445-2450, 2005.

23- N. Vaughan, NACE corrosion engineer's reference book, 3^rd ed., p. 111, Houston, Texas, 2002.