سید امید گشتی

سید امید گشتی


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

دانشكده فنی مهندسی

گروه مهندسی مواد


جلسه دفاع از رساله دکتری

 

عنوان:

بررسي رویین شدن آلیاژ آلومینیم 1050 و تاثیر فرآیند نورد تجمعی (ARB) بر رفتار الکتروشیمیایی لایه رویین


استاد راهنما:

دکتر آرش فتاح الحسینی


اساتید مشاور:

دکتر محسن کشاورز خوراسگانی

دکتر یوسف مظاهری رودبالی


داوران:

دکتر علیرضا صبور روح اقدم

دکتر امید میرزایی

دکتر اکبر حیدرپور


ارائه دهنده:

سید امید گشتی


چهارشنبه 16/10/1394           ساعت 13:00

سالن آمفی تئاتر دانشکده مهندسی


چکیده:

آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل خواصی مانند نسبت استحکام به وزن بالا و سبک بودن، در صنایع مختلفی ازجمله صنایع هوافضا و خودروسازی مورداستفاده قرار می­گیرند. این دسته از مواد در مواجه با محیط­های خورنده مختلف، به دلیل تشکیل یک‌ لایه اکسیدی بر روی سطحشان که به لایه رویین معروف است، دارای مقاومت به خوردگی مناسبی هستند. رویین نمودن فلزات و تسهیل شرایط تشکیل لایه رویین، یکی از روش­های بهبود مقاومت به خوردگی است. در این رساله، رویین شدن آلیاژ آلومینیم 1050 و تأثیر فرآیند نورد تجمعی بر این رفتار بررسی شده است. فرآیند نورد تجمعی پیوندی در دمای اتاق و بدون اعمال حرارت بین پاسی تا 9 پاس ادامه یافت و در اثر اعمال کار سرد، ساختار فوق­ریز دانه حاصل شد. جهت انجام مطالعات ریزساختاری و الکتروشیمیایی از نمونه­های آنیل شده و نورد تجمعی پیوندی شده در 1، 3، 5، 7 و 9 پاس استفاده شد. مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ نیروی اتمی و پراش پرتو ایکس انجام شد. نتایج این آزمون­ها حاکی از فوق‌ریز دانه شدن ساختار و رسیدن اندازه دانه آلیاژ از 2±35 میکرومتر برای نمونه آنیل به 11±270 نانومتر پس از 9 پاس بود. اندازه بلورک نمونه­ها نیز از 9/2 میکرومتر به 91 نانومتر کاهش یافت. خواص مکانیکی نمونه­ها توسط آزمون­های میکروسختی ویکرز و کشش سنجیده شد و سطوح شکست نمونه­ها نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. با اعمال فرآیند نورد تجمعی پیوندی سختی آلیاژ موردنظر از 62/33 ویکرز برای نمونه آنیل به 41/64 ویکرز پس از 9 پاس رسید که 92 درصد افزایش نشان می­دهد. علاوه بر این، چگالی نابجایی­ها نیز افزایش محسوسی دارد و در اثر اعمال کار سرد از 1012×67/6 بر مترمربع برای نمونه آنیل به 1012×13/25 بر مترمربع پس از 9 پاس می­رسد. هم­چنین استحکام نمونه­ها نیز روند افزایش داشت. در نمونه 9 پاس نسبت به نمونه آنیل، استحکام تسلیم سه برابر و استحکام کششی نهایی دو برابر شده­اند. از سوی دیگر، شکل‌پذیری نمونه­ها کاهش یافته و نوع شکست از نرم به نرم برشی تغییر یافته است. رفتار الکتروشیمیایی لایه رویین و تأثیر فرآیند نورد تجمعی پیوندی بر این رفتار در محیط­های مختلف با pHهای 5/5، 0/6، 0/8 و 0/9 بررسی شد. جهت تحلیل این رفتار از آزمون­های الکتروشیمیایی پتانسیل مدارباز، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و موت-شاتکی بهره گرفته شد. نتایج آزمون پلاریزاسیون نشان از کاهش چگالی جریان­های خوردگی و رویین و مثبت­تر شدن پتانسیل خوردگی در اثر اعمال فرآیند و افزایش تعداد پاس داشت. چگالی جریان خوردگی در بهترین حالت برای محلول با 0/6=pH پس از 9 پاس به 18/0 میکرو آمپر می­رسد و پتانسیل خوردگی آن 301- میلی ولت است. در تمامی محلول­ها در اثر اعمال فرآیند نورد تجمعی پیوندی پس از 9 پاس، چگالی جریان رویین بین 50 تا 70 درصد نسبت به نمونه آنیل کاهش می­یابد. همچنین گراف­های امپدانس بر افزایش مقاومت پلاریزاسیون با افزایش پاس نورد و ریزدانه شدن ساختار و بهبود رفتار رویین دلالت داشت. مقاومت پلاریزاسیون در بهترین حالت با 5/3 برابر افزایش به 6/135 کیلو اهم می­رسد. ضخامت لایه رویین در تمامی محلول­ها افزایش قابل‌توجهی دارد و پس از 9 پاس، 4 برابر نسبت به نمونه آنیل افزایش می­یابد. این مقدار در بهترین حالت به 86/2 نانومتر می­رسد. شیب منحنی­های موت-شاتکی مثبت شده و بر رفتار نیمه­هادی نوع-n لایه رویین دلالت دارد. همچنین با افزایش تعداد پاس، چگالی دهنده­های الکترونی کاهش می­یابد. بر اساس مدل عیوب نقطه­ای جاهای خالی اکسیژنی و بین­نشین­های آلومینیمی بر جاهای خالی آلومینیمی غلبه کرده و رفتار نوع-n را ایجاد می­نمایند. درمجموع، آلیاژ آلومینیم 1050 رفتار رویین مطلوبی در محیط­های بررسی‌شده در این پژوهش داشته و این رفتار با اعمال فرآیند نورد تجمعی پیوندی بهبود یافته است. فوق‌ریز دانه شدن ساختار، افزایش کسر حجمی مرزدانه­ها و نواقصی مانند نابجایی­ها، سبب ایجاد مکان­های ترجیحی بیشتری برای جوانه‌زنی لایه رویین پایدارتر و ضخیم­تر شده­اند.

 

کلمات کلیدی: آلیاژ آلومینیم 1050، امپدانس الکتروشیمیایی، چگالی جریان رویین، فوق‌ریز دانه، لایه رویین، موت-شاتکی.

 

 

 

 

Abstarct:

Aluminum and its alloys because of its properties such as high strength to weight ratio and low weight, have been used in various industries, including aerospace and automotive. This group of materials exposed to corrosive environments, due to formation of an oxide layer on the surface (passive layer), has a good corrosion resistance. Passivation of metals and facilitate the formation of passive film, is one of the corrosion resistance improvement methods. In this thesis, passivation of AA1050 and the effects of ARB process on this behavior is investigated. ARB process was applied at room temperature without heat treatmen to 9 cycles. During this cold work process, ultra-fine grain structure was obtained. In order to microstructure and electrochemical studies, the annealed and ARBed samples at 1, 3, 5, 7 and 9 cycles were used. Microstructural studies were performed by OM, TEM, AFM and XRD tests. The results of them indicated that UFG structure was obtained and grain size changes from 35±2 μm for annealed sample to 270±11 nm after 9 cycles. Crystallite size decreased from 2.9 μm for annealed sample to 91 nm after 9 cycles. The mechanical properties of the all samples were measured by Vickers microhardness and tensile tests. Fracture surfaces of samples were analyzed by SEM. By applying the ARB process, the hardness reached to 64.41 HV after 9 cycles from 33.62 HV for annealed sample, which shows 92 percent increase. Moreover, due to cold work, dislocation density was increased and from 6.76×1012 m-2 for annealed sample reached to 25.31×1012 m-2 after 9 cycles. In addition, the strength of samples increased. In 9 cycles compared to annealed sample, yield strength and ultimate tensile strength increased three and two times, recpectively. On the other hand, ductility reduced and fracture type was changed from ductile fracture to shear ductile rapture. The electrochemical behavior of passive film and the effects of ARB process on it were investigated at different environments with pH of 5.5, 6.0, 8.0 and 9.0. OCP, potentiodynamic polarization, EIS and Mott-Schottky analysis were used in order to evaluation of this electrochemical behavior. Test results show that corrosion and passive current densities decreased and corrosion potential increased with increasing the cycle number of ARB process. Corrosion current density of 9 cycle ARBed sample in the best solution with pH=6.0 reaches to 0.18 μA and the corrosion potential reaches to -301 mV. In all solutions during ARB process, passive current density of 9 cycles ARBed sample between 50 to 70 percent decreased compared to the annealed sample. EIS graphs illustraed increasing in polarization resistance with increasing cycle number and passive behavior improved. Polarization resistance at its best with a 3.5 times increasing reached to 135.6 kΩ. In all solutions, passive film thickness after 9 cycles increase compared to annealed sample. This value at best reaches to 2.86 nm. Mott-Schottky curves had slope positive and illustrated n-type semicoducting behaviour. With increasing number of cycles, electron donor density decreases. Based on PDM, oxygen vacancies and aluminum cations overcome to aluminum vacancies and creates n-type semiconducting behaviour. Finally, AA1050 presented good passive behavior in all test solutions. This behavior is improved by applying the ARB process. UFG structure, increasing the volume fraction of grain boundaries and defects such as dislocations, caused to more preferential sites for nucleation of thicker and more stable passive film.

 

Keywords: AA1050, Electrochemical Impedance, passive current density, UFG, Passive Film, Mott-Schottky Analysis.


رزومه علمي

مشخصات فردي:

نام و نام خانوادگي: سید امیدگشتی

 

تاريخ تولد: 1363

 

سوابق تحصيلي:

كارشناسي ـ مهندسي مواد/متالورژی صنعتی ـ دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد.

کارشناسی ارشد- مهندسی مواد/شناسایی و انتخاب مواد- دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی.

دکترای تخصصی- مهندسی مواد- دانشگاه بوعلی همدان.

مقالات علمی:

1-" اثرافزودن آلومینیوم بر تشکیل ترکیب بین فلزی  NiTi  به روش آلياژ سازي مکانیکیدومین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی ایران و انجمن علمی ریخته گری ایران، دانشگاه آزاد اسلامی کرج، 1387.

2-" اثر ترکیب شیمیایی بر تولید ترکیب بین فلزی  NiTiAl  نانو ساختار همايش ملي يافته‌هاي نوين شيمي در صنعت و پزشكي، دانشگاه آزاد اسلامی شهرری، 1387.

3- "نگرشی نوین بر ترکیبات بین فلزی نانو ساختار:تولید و مشخصه یابی سیستم آلیاژی Ni-Ti-Al  همایش ملی نانو مواد و نانوتکنولوژی، نجف آباد، 1388.

4- "بهره گیری از فناوری نانو در سنتز بیومواد سرامیکی: تولید هیدروکسی آپاتیت نانو ساختار"،  همایش ملی نانو مواد و نانوتکنولوژی، نجف آباد، 1388.

5- “Effect of Polymeric Milling Media on the Mechanosynthesis and Structural Properties of nanocrystalline Hydroxyapatite”, DSL, Spain, 2008.

 

6- “Synthesis of Nanocrystalline Intermetallic Compounds by Mechanical Alloying in Ni-Ti-Al System”, DSL, Italy, 2009.

 

7- “Synthesis and Charactrization of Some Nanostructured Materials: Towards the Frontier of Nanofabrication”, DSL, Italy, 2009.

 

8- “Effect of Polymeric Milling Media on the Mechanosynthesis and Structural Properties of nanocrystalline Hydroxyapatite”, Defect and Diffusion Forum, 283-286, 2009, 98-105.

 

9- “Synthesis of Nanocrystalline Intermetallic Compounds in Ni-Ti-Al System by Mechanothermal Method”, J Alloys Compd., Vol. 491, 2010, 344-348.

 

10- “Effect of chloride ions concentration on the semiconducting behaviors of 1050 and 6061 Al alloys”, Anal. Bioanal. Electrochem., Vol. 6, No. 5, 2014, 535-544.

 

11- “Effect of pH on the passivation behavior of 6061 Al alloy in borate buffer solutions”, Anal. Bioanal. Electrochem., 2014, Anal. Bioanal. Electrochem., Vol. 7, No. 1, 2015, 35-44.

 

12- "بررسي رفتار نيمه­هادي لايه­هاي رويين تشکيل شده روي آلياژ آلومينيم 1050 و 6061"،  هشتمین همایش مشترک و سومین کنفرانس بین­المللی مواد مهندسی و متالورژی، 1393.

13- “Corrosion Behavior of Ultra-fine Grained 1050 Aluminum Alloy Fabricated by ARB Process in a Buffer Borate Solution”, J Mater. Eng. Perf., Vol. 24, 2015, 3386–3393.

 

14- “Passive Behavior of Ultra-Fine-Grained 1050 Aluminum Alloy Produced by Accumulative Roll Bonding in a Borate Buffer Solution, Corrosion Science”, Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.), Vol. 28, N. 10, 2015, 1222–1229.

 

15- “Effect of Ultrafine-Grained Structure on the Electrochemical Behavior of 1050 Aluminum Alloy”, 11th Annual Electrochemistry Seminar of Iran, 2015.

 

16- “Effects of grain size and dislocation density on strain hardening behavior of ultrafine grained AA1050 processed by accumulative roll bonding”, J Alloys Compd., Vol. 658, 2016, 854-861.

اطلاعات تماس:

S.O.Gashti@basu.ac.ir

Omid.Gashti@gmail.com