دانلود پروژه: بررسی الكتروشيميايي خوردگي داغ سوپر‌آلياژ اينكونل 625 در نمک مذاب          60%NaNO3 –  40% KNO3

فهرست مطالب

     عنوان                                                                                                                                                                صفحه

فهرست مطالب………………………………………………………………………………………………………………………………………………هشت

فهرست شکل­ها………………………………………………………………………………………………………………. . ………………………….یا ز ده

فهرست جداول……………………………………………………………………………………………………………………………………………  چهار ده

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1

فصل اول…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………2

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….2

فصل دوم………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5

مروری بر منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5

2-1 معرفي سوپر آلياژها……………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

2-1-1 بلور‌شناسي و متالورژي سوپرآلياژ‌ها………………………………………………………………………………………………………………8

2-1-2 عناصر آلياژي واثر آنها بر ريز ساختارهاي سوپرآلياژها………………………………………………………………………………………..8

2-1-3 خواص فيزيكي سوپرآلياژها………………………………………………………………………………………………………………………………..9

2-2 اكسيداسيون………………………………………………………………………………………………………………………………………………………9

2-2-1 تئوري اكسيداسيون…………………………………………………………………………………………………………………………………………….9

2-2-2 اكسيدهاي استوكيومتري………………………………………………………………………………………………………………………………10

2-2-3 اكسيدهاي غيراستوكيومتري…………………………………………………………………………………………………………………………..10

2-3 قوانين سرعت اكسيداسيون……………………………………………………………………………………………………………………………….13

2-3-1 قانون خطي…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..13

2-3-2 قانون سرعت لگاريتمي…………………………………………………………………………………………………………………………………13

2-3-3 قانون سرعت سهمي…………………………………………………………………………………………………………………………………13

2-4 اكسيداسيون داخلي   ……………………………………………………………………………………………………………………………….14

2-4-1 پوسته هاي اكسيدي…………………………………………………………………………………………………………………………………..14

2-5 خوردگي داغ………………………………………………………………………………………………………………………………………………15

2-5-1 خوردگي داغ نوع  Ι………………………………………………………………………………………………………………………………………..15

2-5-2 خوردگي داغ نوع  ΙΙ……………………………………………………………………………………………………………………………………..16

2-5-3 مراحل خوردگي داغ………………………………………………………………………………………………………………………………….16

2-6 مكانيزم‌هاي خوردگي داغ………………………………………………………………………………………………………………………………..17

2-6-1 فلاکس شدن بازی……………………………………………………………………………………………………………………………………..18

2-6-2 فلاکس شدن اسیدی……………………………………………………………………………………………………………………………………..19

2-7 نمک‌های مذاب و کاربرد آنها……………………………………………………………………………………………………………………………21

2-7-1 انتقال حرارت در برج‌هاي حرارتي مركزي در نيروگاه خورشيدي……………………………. .  . ……………………………………22

2-7-3 عملیات حرارتی……………………………………………………………………………………………………………………………………………….24

2-7-4 در رآکتورهای نمک مذاب……………………………………………………………………………. …………………………………….. 24

2-7-5 توليد فلزات غيرآهني……………………………………………………………………………………………………………………………………….25

2-8 خوردگي حفره اي………………………………………………………………………………………………………………………………………………25

2-8-1 تأثير تركيب الكتروليت……………….  ………………………………………………………………………………………….  …….. . .  ..25

2-8-2 تأثير دما……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..26

2-8-3 تأثير شرايط سطحي……………………………………………………………………………………………………………………………………26

2-9 بررسي منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………26

فصل سوم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………47

مواد و روش تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………………………………47

3-1 نمونه‌های اولیه…………………………………………………………………………………………………………………………………………..47

3-2 سل مورد استفاده برای آزمون‌های خوردگی در دمای بالا.         . . ……    … . . . . . . . . …. . . … . . . . . . . …………. 48

3-3 الكتروليت مورد استفاده………………………………………………………………………………………………………………………………50

3-4 نگهدارنده نمونه‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………………………..50

3-5 آزمون كاهش وزن (گراویمتری)…………………………………………………………………………………………………………………..51

3-6 آزمون پلاریزاسیون تافل……………………………………………………………. ………………………………………………………………51

3-7 آزمون پلاریزاسیون چرخه ای………………………………………………………………………………………………………………………………..51

3-8 آزمون اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)………………………………………………………………………………………52

3-9 ارزیابی مورفولوژی سطح آلياژ اينكونل 625…………………………………………………………………………………………………………..52

3-10 تركيب شيميايي آلياژ اينكونل 625……………………………………………………………………………………………………………….52

فصل چهارم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………53

نتایج و بحث…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………53

4-1 بررسی رفتار کاهش وزن (گراویمتری) آلیاژ اینکونل 625 در محیط 60%NaNO_{3 –} 40% KNO₃…………………………….53

4-2 بررسی رفتار الكتروشيميايي خوردگی داغ آلیاژ اينكونل 625 در محیط 60%NaNO_{3 –} 40% KNO₃……………………..61

4-3 طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي(EIS)……………………………………………………………………………………………………………68

4-4 اثر بازدارندگي نمك نیتریت سدیم (NaNO₂) بر رفتار خوردگی داغ سوپر آلیاژ اينكونل 625 در دماي 600 درجه سانتيگراد……….. ……….    ………………………………………………………………………………….   ……………………..     ………………74

فصل پنجم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………78

نتیجه‌گیری ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..78

مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………79

 

 

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                                                                             صفحه                                

2-1: اثر درصد وزني نيكل بر استحكام پارگي سوپر آلياژ اينكونل 625 در درجه فارنهايت1200 (649 درجه سانتيگراد)…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………7

2-2: مقايسه مقاومت اكسيد اسيون چند سوپرآلياژ در دماي 1800 درجه فارنهايت…………………………………………………………….7

2-3: نماي عمومي فرايند‌هاي اكسيداسيون (a)تحرك كاتيوني(b)تحرك آنيون………………………………………………………………10

2-4: عيوب (a)  شاتكي در كلريد پتاسيم و (b) فرنكل در برميد نقره……………………………………………………………………………11

2-5:كاتيون‌هاي بين نشين والكترون‌هاي مازاد در ZNO…………………………………………………………………………………………….12

2-6: تشكيل MO  با كمبود غير فلز………………………………………………………………………………………………………………………12

2-7: ساختار يوني NiO  به عنوان نيمه هادي نوع p  ……………………………………………………………………………………………………13

2-8: انرژي آزاد گيبس ناشي از تشكيل هر مولكول F₂ براي اجزاي اصلي نمك و فلوريدهاي فلز تشكيل شده از آلياژهاي ارزيابي شده در دماي 850 درجه سانتيگراد………………………………………………………………………………………………………………….27

2-9: تصوير شماتيكی از دستگاه كپسول خوردگي استفاده شده جهت آزمون خوردگي آلياژها در نمك مذاب FLiNak در 850 درجه سانتيگراد به مدت 500 ساعت…………………………………………………………………………………………………………………29

2-10: كاهش وزن سوپرآلياژها بعد از آزمون خوردگي در نمك مذاب FLiNak در 850 درجه سانتيگراد درجه سانتيگراد به مدت 500 ساعت……………………………………………………………………………………………………………………………………………….29

2-11: تصوير SEM سطح مقطع آلياژ Ni-201 را بعد از آزمون خوردگي a) تصوير سطح b) تصوير سطح مقطع………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………30

2-12: نقشه‌ تفرق اشعه ایکس از آزمون طیف‌سنجی توزيع انرژي (EDS) از سطح مقطع سوپرآلياژ  Hastelloy-N بعد از آزمون خوردگي در نمك  FLiNakدر دماي 850 درجه سانتيگراد به مدت 500 ساعت براي a) كروم b) موليبدن …………………….30

2-13: دستگاه آزمايشگاهي جهت انجام آزمون خوردگي داغ………………………………………………………………………………..31

2-14: تصاوير سطح مقطع سوپرآلياژهاي خورده شده در 650 درجه سانتيگراد به مدت 72 ساعت a) IN713LC b) IN MA754 c) Haynes214     d) Haynes HR-160………………………………………………………………………………………………………………………33

2-15: كاهش وزن سوپر آلياژهاي  In713LC، InMA754، Haynes214 و Haynes HR-160 به‌صورت تابعي از زمان……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 34

2-16: مقاومت الكتريكي نمك‌هاي مذاب Na₂SO₄، NaVO₃ و Na₂SO₄ 20- V₂O₅ 80 به‌عنوان تابعي از دما……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………35

2-17: نمودار امپدانس اينكونل 718 غوطه‌ور شده در Na₂SO₄ در دماهاي مختلف a) Nyquist b)phase bode…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………36

2-18: نمودار امپدانس اينكونل 718  غوطه‌ور شده در NaVO₃ در دماهاي مختلف a) Nyquist b) phase bode ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….37

2-19: نمودار امپدانس اينكونل 718 غوطه‌ور شده در  Na₂SO₄ 20- V₂O₅ 80 در دماهاي مختلف a) Nyquist b) phas bode…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………37

2-20: مدارهاي الكتريكي معادل براي اينكونل 718 كه در معرض نمك‌هاي مذاب قرار گرفته زماني كه فرايند خوردگي اتفاق مي‌افتد a) تحت كنترل شارژ ترانسفر (bتحت كنترل شارژ ترانسفر و نفوذ c) وقتي آلياژ پوشيده شده با يك لايه نمكي محافظ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..38

2-21: (a)  تصوير ميكروسكوپي نوري از آلياژ اينكونل 625  با 500 برابر بزرگنمايي (b,c)  تصاوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي  از آلياژ اينكونل 625 (d) طيف سنجي توزيع انرژي از كاربيدهايي با اندازه‌هاي ميكرون………………………………………………………39

2-22: نمودار DTA تهيه شده از مخلوط نمك 47 PbSO₄ – 23 ZnO – 13 Pb₃O₄ – 10 Fe₂O₃ – 7 PbCl₂ (wt.%)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..40

2-23: نمودارهاي   OCPآلياژ اينكونل 625  در حضور مخلوط نمك مذاب در دماهاي 600،700 و800 درجه سانتيگراد و زماني (t_s ) كه الكترود براي رسيدن به حالت پايدار نياز دارد……………………………………………………………………………………………41

2-24: نمودارهاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك آلياژ اینکونل 625 در معرض مخلوط نمك مذاب در دماهاي 600، 700 و 800. درجه سانتيگراد………………………………………………………………………………………………………………………………………………..42

2-25: ( a, c, e) تصوير ميكروسكوپي از سطح آلياژ اينكونل 625 خورده شده بلافاصله بعد از آزمون، (b, d, f) مورفولوژي پوسته‌ها و محصولات خوردگي وسطوح مورد هجوم قرار گرفته بعد از تميز كردن و حذف محصولات خوردگي و پوسته‌ها بر اساس استاندارد ASTM G₁-03…………………………………………………………………………………………………………………………44

2-26: منحنی‌های تغییرات پتانسیل خوردگی با لگاریتم زمان برای الکترودهای زیرکونیم در نمک یوتکتیک مذاب NO₃(K,Na) در غلظت‌های مختلف یون اکسیدی در شرایط مختلف a) Na₂O₂ در دمای 300 درجه سانتيگراد b) KNO₂ در دمای 300 درجه سانتيگراد c) K₂CrO₄ در دمای 300 درجه سانتيگراد d) K₂Cr₂O₇ 1/0 مولال در دماهای مختلف………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………45

2-27: منحنی تغییرات نرخ رشد اکسید با دما……………………………………………………………………………………………………………..45

2-28: منحنی تغییرات پتانسیل خوردگی با لگاریتم غلظت یون Na₂O₂ برای الکترودهای زیرکونیم در نمک یوتکتیک مذاب NO₃(K,Na) در K 573………………………………………………………………………………………………………………………………………46

3-1: سل الکتروشیمیایی مجهز به سیستم حرارت­­دهی و اجزاء آن به صورت شماتیکي…………………………………………………..48

3-2: تصویر شماتیک الکترود مرجع…………………………………………………………………………………………………………………. ……49

3-3: تصویر شماتیک از الکترود کمکی پلاتین ………………………………………………………………………………………………………49

3-4: تصویر شماتیک الکترود کاری …………………………………………………………………………………………………………………….49

3-5: نمودار تعادلی نیترات سدیم/ نیترات پتاسیم………………………………………………………………………………………………………..50

3-6: نگهدارنده ساخته شده جهت نگهداري نمونه…………………………………………………………………………………………………….51

4-1: نمودار تغيير وزن سوپرآلياژ اينكونل 625 بر حسب زمان اكسيداسيون در دو دماي 500 و 600 درجه سانتيگراد………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….54

4-2: نمودار تغييرات مربع كاهش وزن-زمان آلياژ اينكونل 625 در نمك مذاب نيتراتي در دماهای 500 و 600 درجه سانتيگراد……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55

4-3: Log K_P  بر حسب ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..56

4-4: تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي (الف) SE (ب) BSE آلياژاينكونل 625 پس از 40 ساعت خوردگي در دماي 500 درجه سانتيگراد……………………………………………………………………………………………………………………………………………57

4-5: تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي (الف) SE (ب) BSE  آلياژاينكونل 625 پس از 40 ساعت خوردگي در دماي 600 درجه سانتيگراد…………………………………………………………………………………………………………………………………………..57

4-6: طيف سنجي توزيع انرژي((EDS آلياژ اينكونل 625…………………………………………………………………………………………59

4-7: طیف‌سنجی توزيع انرژي ( EDS) آلياژ اينكونل 625 در دماي 500 درجه سانتيگراد پس از 40 ساعت خوردگي داغ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..60

4-8: طیف‌سنجی توزيع انرژي EDS)) آلياژ اينكونل 625 در دماي 600 درجه سانتيگراد پس از 40 ساعت خوردگي داغ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..60

4-9: نمودار تغييرات پتانسيل نسبت به  زمان از ابتدای زمان غوطه‌وری نمونه برای آلياژ اينكونل 625 در دماهاي 500 و 600 درجه سانتيگراد با استفاده از الكترود مرجع نقره/ نيترات نقره…………………………………………………………………………………………61

4-10: نمودار پلاریزاسیون تافل سوپر آلیاژ اينكونل 625  در دماهای500 و 600 درجه سانتيگراد با استفاده از الكترود مرجع نقره/ نيترات نقره………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….63

4-11: تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي (الف) SE (ب(  BSEآلياژاينكونل 625 در دماي 500 درجه سانتيگراد پس از انجام آزمون پلاریزاسیون تافل……………………………………………………………………………………………………………………………………66

4-12: تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي (الف) SE (ب(  BSEآلياژاينكونل 625 در دماي 600 درجه سانتيگراد پس از انجام آزمون پلاریزاسیون تافل…………………………………………………………………………………………………………………………………66

4-13: منحني پلاريزاسيون چرخه‌اي اينكونل 625 در دماي 500 درجه سانتيگراد با استفاده از الكترود مرجع  نقره/ نيترات نقره…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..67

4-14: منحني پلاريزاسيون چرخه‌اي اينكونل 625 در دماي 600 درجه سانتيگراد با استفاده از الكترود مرجع  نقره/ نيترات نقره……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..68

4-15: نمودار نایکوئیست آلیاژ اينكونل 625 در دماهاي 500 و 600 درجه سانتيگراد……………………………………………………70

4-16: نمودار باد زد آلیاژ اينكونل 625 در دماهاي 500 و 600 درجه سانتيگراد…………………………………………………………..70

4-17: نمودار باد فاز آلیاژ اينكونل 625 در دماهاي 500 و 600 درجه سانتيگراد……………………………………………………………71

4-18: مدار الكتريكي معادل جهت شبیه‌سازی منحنی طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در دماهاي 500 و 600 درجه سانتيگراد…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..71

4-19: مقايسه نمودارهای آزمون پلاريزاسيون سيكلي برای آلیاژ اينكونل 625 در دمای 600 درجه سانتيگراد در حضور بازدارنده‌ی NaNO₂ با غلظت 01/0 و  molal03/0 با استفاده از الكترود مرجع نقره/ نيترات نقره……………………………………………………………..76

4-20: نمودارهای آزمون پلاريزاسيون سيكلي برای آلیاژ اينكونل 625 در دمای 600 درجه سانتيگراد در حضور بازدارنده‌ی NaNO₂ با غلظت 1/0 و  molal3/0 با استفاده از الكترود مرجع نقره/ نيترات نقره……………………………………………………………………….76

4-21: تصوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي (الف)SE  (ب)  BSE سوپر آلياژ اينكول  625 پس از افزودن ­molal1/0  بازدارنده نیتریت سدیم در دماي600 درجه سانتيگراد………………………………………………………………………………………………………77

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                                                               صفحه                              

2-1: تركيب شيميايي تعدادي از سوپرآلياژها………………………………………………………………………………………………………………….6

2-2: درصد وزني تركيبات شيميايي اينكونل 625………………………………………………………………………………………………………6

2-3: ويژگي‌هاي نمك مذاب FLiNak……………………………………………………………………………………………………………………….28

2-4: تركيب  وزني (wt%) آلياژهاي مورد بررسي در تحقيق اولسون و همكارانش…………………………………………………………28

2-5: تركيبات شيميايي آلياژهاي N101 و N102……………………………………………………………………………………………………………31

2-6: تركيب شيميايي آلياژهاي In713LC، InMA754، Haynes214 و Haynes HR-160…………………………………………32

2-7: تركيب شيميايي آلياژ  اينكونل 718 (%wt)………………………………………………………………………………………………………….35

2-8: نقطه ذوب نمك‌هاي مورد مطالعه توسط تريستانچو و همكارانش………………………………………………………………………35

2-9: پارامترهاي مدار استفاده شده براي شبيه‌سازي اطلاعات…………………………………………………………………………………………..38

3-1: تركيب شيميايي (wt%) آلياژ اينكونل 625 كار شده………………………………………………………………………………………52

4-1: مقادیر میانگین كاهش وزن  در دماهای 500 و 600 درجه سانتيگراد………………………………………………………………….53

4-2: درصد كاهش عناصر در دماهاي 500 و 600 درجه سانتيگراد…………………………………………………………………………..61

4-3: مقادیر میانگین پتانسیل خوردگی و واریانس داده‌ها برای دو دماي 500 و 600 درجه سانتيگراد………………………………64

4-4: مقادیر میانگین دانسیته‌ی جریان خوردگی و واریانس داده‌ها برای دو دمای500 و 600 درجه سانتيگراد……………………64

4-5: مقادیر پتانسيل خوردگي و نرخ خوردگي بدست آمده از نمودار پلاريزاسيون تافل براي آلياژ اينكونل 625 در نمك مذاب  47 PbSO₄ – 23 ZnO – 13 Pb₃O₄ – 10 Fe₂O₃ – 7PbCl₂ (wt.%)  در د‌ماهاي 600، 700   و 800 درجه سانتيگراد……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….64

4-6: نتايج حاصل از آزمون پلاريزاسيون چرخه اي اينكونل 625  در دماهای 500 و 600 درجه سانتيگراد……………………..68

4-7: داده‌های حاصل از شبیه‌سازی داده های EIS نسبت به الکترود مرجع نقره/ نیترات نقره در دماهای 500 و 600 درجه سانتيگراد……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….73

4-8: نتايج حاصل از افزودن نيتريت سديم بر رفتار پلاريزاسيون سيكلي آلياژ اينكونل 625 در دماي 600 درجه سانتيگراد نسبت به حالت بدون بازدارنده……………………………………………………………………………………………………………………………………77