مواد پیشرفته و پوشش های نوین

مواد پیشرفته و پوشش های نوین

بررسی رفتار خوردگی دما بالای فولاد AISI 304 پوشش داده شده با کامپوزیت Ni-Co-CeO2-ZrO2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
چکیده
از کاربردهای فولادهای زنگ نزن آستنیتی می توان به استفاده در پیل های سوختی اکسید جامد و لوله های بویلر اشاره کرد. محافظت از این فولادها در دماهای بالا امری ضروری می باشد. یکی از بهترین روش های مؤثر برای افزایش عمر این فولادها در دمای بالا اعمال پوشش های سطحی است. در این تحقیق پوشش کامپوزیتیNi-Co-CeO2-ZrO2 با روش آبکاری الکتریکی بر روی سطح فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304 ایجاد شد. به منظور بررسی مقاومت به خوردگی در دمای بالا، آزمون های اکسیداسیون هم دما در دمای 800 درجه سانتی گراد به مدت 300 ساعت واکسیداسیون سیکلی در دمای 800 درجه سانتی گراد تحت 50 سیکل انجام برو روی نمونه های بدون پوشش و پوشش دار انجام شد. جهت مشاهده مورفولوژی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و جهت تعیین فازها از دستگاه پراش اشعه ایکس (XRD)استفاده شد. نتایج نشان داد پوشش ایجاد شده در دانسیته جریان mA/cm2 15، pH محلول برابر 3 و غلظت g.l-1 25 از ذرات ZrO2 و غلظت g.l-1 10 از ذرات CeO2 بدون حفره و ترک بود. در آزمون‌های اکسیداسیون همدما و سیکلی نمونه های پوشش‌دار به دلیل تشکیل اسپینل‌های NiFe2O4 و CoFe2O4 افزایش وزن کمتری نسبت به نمونه های بدون پوشش از خود نشان دادند. این اسپینل‌ها از نفوذ به سمت بیرون کاتیون کروم جلوگیری کرده و باعث بهبود مقاومت به اکسیداسیون زیرلایه فولادی 304 شدند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

  1. 1-R. Singh, "Applied Welding Engineering: Process, Codes, and Standards", Elsevier, (2011).

    2-ASM," Metals hand book, properties and selection: nonferrous alloy and special purpose material", ninth edition, Vol. 2, 652-1983.

    3- F. Riffard, H. Buscail, E. Caudron, R. Cueff, C. Issartel, and S. Perrier, " The influence of implanted yttrium on the cyclic oxidation behavior of 304 stainless steal", Applied surface Science, vol.252, (2006), 3697-3706.

    4- M. zandrahimi, J. Vatandoost, and H. Ebrahimifar, "Al,  Si,  and  Al–Si  coatings  to  improve  the  high-temperature  oxidation  resistance  of  AISI  304  stainless  steel", Oxidation of Metals, vol.76, (2011), 347-358.

    5- Z.H. Bi, j. H. Zhu, and J. L. Batey, " CoFe2O4 spinel protection coating thermally converted from the electroplated Co-F alloy for solid oxide fuel cell interconnect application", Journal of Power Sources, Vol.195, (2010), 3605-3611.

    6- J. Wu, C. D. Johnson, Y. Jiang , R. S. Gemmen, and X. Liu, "Pulse plating of Mn-Co alloys for SOFC interconnected applications" , Electrochimica Acta, Vol.54, (2008), 793-800.

    7- S. Sharafi, and M.R. Farhang, "Effect of aluminizing on surface microstructure of an HH309 stainless steel", Surface & Coating Technology, Vol.200, (2006), 5048-5051.

    8- L.Chen, L. Wang, L. Zeng, and J. Zhang, "effect of surfactant on the electrodeposition and wear resistance of Ni–Al2O3 Composite Coatings", Materials Science and Engineering, Vol.434, (2006), 319-325.

    9- S. Geng, Y. Li, Z. Ma, L. Wang, L. Li, and F. Wang, "Evaluation of electrodeposited Fe-Ni alloy on ferritic stainless steel solid oxide fuel cell interconnect", Journal of Power Sources, Vol.195, (2010), 3256-3260.

    10- Y. Zhang, X. Peng, and F. Wang, "Development and oxidation at 800 °C of a novel electrodeposited Ni–Cr nanocomposite film",Materials Letters, Vol.58, (2004), 1134-1138.

    11- Y.B. Zhou, J.F. Sun, S.C. Wang, and H.J. Zhang, "Oxidation of an electrodeposited Ni–Y2O3 composite film", Corrosion Science, Vol.63, (2012), 351-357.

    12- X. Peng, D. Ping, T. Li, , and W. Wu, "oxidation behavior of a Ni-La2O3 codeposited film on nickel", The Electrochemical Society,Vol.145, no.2, (1998), 389-398.

    13- F. Hou, W. Wang, and H. Guo, "Effect of the dispersibility of ZrO2 nanoparticles in Ni–ZrO2 electroplated nanocomposite coatings on the mechanical properties of nanocomposite coatings", Applied Surface Science, Vol.252, (2006), 3812–3817.

    14- M. Alizadeh, M. Mirak, E. Salahinejad, M. Ghaffari, R. Amini, and A. Roosta, "Structural characterization of electro-codeposited Ni–Al2O3–SiC nanocomposite coatings", Journal of Alloys and Compounds, Vol.611, (2014), 161-166.

    15- L. Benea, "Electrodeposition and tribocorrosion behaviour of ZrO2–Ni composite coatings", J. Appl. Electrochem, Vol.39, (2009), 1671–1681.

    16- R.F. Da Costa Pereira, , E.S.D. de Oliveira, D.L.A.E. Silva, A. Souza Ribeiro, O.O. de Araújo Filho, M.A.G. de Andrade e Lima, and S.L. Urtiga Filho, "Influence of composite nano-coating of Ni-Co-SiC obtained by electrodeposition on the corrosion resistance of API 5L X80 Steel", Mater. Sci. Forum, Vol.899, (2017),  317–322.

    1. S. Ranganatha, T.V. Venkatesha, and K. Vathsala, "Electrochemical studies on Zn/nano-CeO2 electrodeposited composite coatings", Surf. Coat. Technol, Vol.208, (2012), 64–72.
    2. S. Ghaziof, P.A. Kilmartin, and W. Gao, "Electrochemical studies of sol-enhanced Zn–Ni–Al2O3 composite and Zn–Ni alloy coatings", J. Electroanal. Chem, Vol.755, (2015), 63–70.
    3. A.P.I. Popoola, V.S. Aigbodion, and O.S.I. Fayomi, "Surface characterization, mechanical properties and corrosionbehaviour of ternary based Zn–ZnO–SiO2 composite coating of mildsteel", J. Alloys Compd, Vol.654, (2016), 561–566.
    4. W.H. Safranek, et.al, "The properties of electrodeposited metals and alloys", A Handbook, Elsevier Publication, , (1974), 82-86.

    21- V. Sreedhar, R. Mitra, J. Das, and S.K. Roy, "Influence of superficial CeO2 coating on high temperature oxidation of Ti-6Al-4V", Journal of Alloys and Compounds, Vol.519, (2012), 106-111.

    23- H. G. Simms, "Oxidation behavior of austenitic stainless steels at hight temperature plant", The University of Birmingham, (2011).

    24- H. Ebrahimifar, and M. Zandrahimi, " Oxidation and electrical behavior of AISI 430 coated with cobalt spinels for SOFC interconnect applications", Surface and Coatings Technology, Vol.206(1), (2011), 75-81.

    25- P. Jian, L. Jian, H.  Bing, and G. Xie, "Oxidation kinetics and phase evolution of a Fe–16Cr alloy in simulated SOFC cathode atmosphere", Journal of Power Sources, Vol.158, (2006),  354-360.

    26- S. Geng, Sh. Qi, Q. Zhao, Sh. Zhu, and F. Wang, "Electroplated Ni–Fe2O3 composite coating for solid oxide fuel cell interconnect application", International Journal of Hydrogen Energy, Vol.37(14), (2012), 10850-10856.

    27- S. Geng, S. Qi, D. Xiang, S. Zhu, and F. Wang, "Oxidation and electrical behavior of ferritic stainless steel interconnect with Fe-Co-Ni coating by electroplating",Journal of power Sources, Vol.215, (2012), 274-278.

    28- L.A. Morris, "Resistance to Corrosion in Gasous Atmospheres", Hand book of Stainless Steal, (1977), 1704-1732.

    29- S.J. Geng, Y.D. Li, D. Xiang, and S.G. Zhou, "Electrodeposition of Fe-Ni alloy coating on ferritic stainless steel", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol.20, (2010), 226-230.

    30- T.C. Wang, R.Z.  Chen, and W.H. Tuan, "High temperature corrosion and materials chemistry", J.Eur. Ceram. Soc, Vol.23, (2003), 927.

    31- X. Deng, P. Wei, M.R. Bateni, and A. Petric, "Cobalt plating of high temperature stainless steel interconnects", Journal of Power Sources, Vol.160(2), (2006), 1225-1229.

    32- W.C. Sun, "Oxidation resistance of Ni-Co-ZrO2 composite coatings", Materials Science Forum, Vol.694, (2011), 799-803.

    33- F. Saeidpour, M. Zandrahimi, and H. Ebrahimifar, "Effect of ZrO2 particles on oxidation and electrical behavior of Co coatings electroplated on ferritic stainless steel interconnect" Corrosion Science, Vol.153, (2019), 200-212.

    34- A. Mosavi ,and H. Ebrahimifar, "Investigation of oxidation and electrical behavior of AISI 430 steel coated with Mn-Co-CeO2 composite, International Journal of Hydrogen Energy, Vol.45(4), (2020), 3145-3162.