خوردگی

کلمه خوردگی به تخریب یک فلز توسط محیط اطرافش اشاره دارد. خوردگی یک فرایند الکتروشیمیایی است و انواع مختلفی دارد. خوردگی می تواند یکنواخت و یا موضعی رخ دهد که رایج ترین انواع خوردگی موضعی عبارتند از حفره دار شدن، خوردگی شیاری و خوردگی تنشی. به طور کلی خوردگی دارای دو جنبه ترمودینامیکی و سینتیکی است که نمودارهای پوربه اطلاعات مفیدی در مورد ترمودینامیک خوردگی ارایه می کنند منتهی نرخ خوردگی را در نظر نمی گیرند. در بحث سینتیک نرخ خوردگی مورد توجه است که از روش های کاهش وزن، کاهش ضخامت، مقاومت الکتریکی و روشهای الکتروشیمیایی می توان نرخ خوردگی را تعیین کرد.

از جمله روشهای رایج در مطالعه رفتار خوردگی مواد میباشد. معادله تافل ارتباط یک واکنش الکتروشیمیایی و پارامترهای سینتیکی را نشان می دهد. خروجی این آزمون یک منحنی است که میزان پتانسیل را بر حسب لگاریتم جریان نشان می دهد. با استفاده از برون یابی نمودارهای تافل، پارامترهایی نظیر سرعت خوردگی، جریان و پتانسیل خوردگی و مقاومت پلاریزاسیون بدست خواهند آمد. پتانسیل خوردگی معیاری از تسهیل فرایند خوردگی و جریان خوردگی معیاری از تسریع فرایند خوردگی است.

پلاریزاسیون تافل​​​​​

​​​​​​​ یکی از متداول ترین روشها جهت اندازه گیری جریان خوردگی در پیل های الکتروشیمیایی است. در این روش یک سیگنال پتانسیل به نمونه داده می شود و نمونه تحریک شده و به آن پاسخ می دهد. با تحلیل این پاسخ اطلاعات مفیدی از رفتار خوردگی ماده به دست می آید. سیگنال پتانسیل اعمالی در این روش برخلاف روش پلاریزاسیون در حدی است که نمونه پلاریزه نمی شود. در این آزمون با مشخص نمودن مدار الکتریکی معادل (شامل خازن، مقاومت و...) برای سیستم مورد مطالعه و در نهایت رسم نمودارهای نایکوئیست، بد و بدفاز می توان میزان مقاومتها و در نتیجه سرعت خوردگی را محاسبه نمود.

امپدانس الکتروشیمیایی

آزمون کشش با نرخ آهسته آزمونی است که جهت بررسی رفتار مکانیکی مواد در محیط های خورنده به کار می رود. نرخ کرنش در محدوده 8-10 تا 4-10 بر ثانیه می باشد. در این آزمون تنش به گونه ای تغییر می کند که در زمانهای ثابت کرنش ثابتی به نمونه وارد شود. نمونه در حین آزمون در محیط سیال یا گاز خورنده قرار داده شده و دما و فشار آن با توجه به شرایط واقعی قابل تغییر است.
​​​​​​​

SSRT

در این نوع خوردگی علاوه بر عوامل خورنده، عوامل مکانیکی هم موثر اند. خوردگی سایشی اثر همزمان خوردگی (شیمیایی) و سایش (مکانیکی) است. اساس این آزمون به این گونه است که خوردگی باعث انحلال آندی فلز مورد آزمون و ایجاد یک لایه محافظ روی سطح فلز می شود و سایش موجب از بین رفتن مکانیکی لایه محافظ ایجاد شده و یا وارد کردن صدمه به آن می شود.

​خوردگی سایشی

خوردگی خستگی

به طور کلی خستگی به معنای شکست نمونه در اثر تنشهای سیکلی می باشد که این تنش از میزان تنش تسلیم ماده کمتر است. در شرایط خوردگی خستگی، مقاومت خستگی نمونه در اثر وجود محیط خورنده کاهش می یابد. میزان مقاومت خوردگی خستگی فلزات شدیدا به فرکانس سیکل تنشی وابسته است و در فرکانس های تنشی پایین خوردگی خستگی شدیدتر است. محیط خورنده نیز بر خوردگی خستگی تاثیر زیادی دارد. به عنوان نمونه مقدار اکسیژن، درجه حرارت، PH و ترکیب شیمیایی محلول بر خوردگی خستگی موثر است. شکست نهایی در این آزمون صد در صد مکانیکی بوده و عامل خورنده نقشی در آن ندارد.

به طور کلی به مقاومت اجسام در برابر تغییر شکل پلاستیک موضعی سختی گویند. آزمون سختی سنجی در دو مقیاس انجام میشود و روش های گوناگونی دارد. مقیاس ماکرو شامل روش های بیرینل، راکول و ویکرز میباشد و روشهای میکروسختی سنجی عبارتند از نوپ و ویکرز که در روشهای بیرینل و ویکنز ملاک تعیین سختی قطر اثر فرورونده میباشد ولی در روش راکول عمق اثر فرورونده تعیین کننده سختی است. به دلیل استفاده از محدوده نیروی اعمالی بالاتر در روش راکول نسبت به سایر روشها، عمق فرورونده در روش راکول بیشتر است و لازم است ضخامت نمونه ده برابر عمق فرورونده باشد. 

سختی سنجی

آزمون ضربه معیاری برای تعیین انرژی شکست یا به عبارتی تعیین چقرمگی مواد میباشد. چقرمگی یک ماده به مقاومت آن ماده در برابر انتشار ترک و یا توانایی برای جذب انرژی گفته میشود. نمونه های آزمون ضربه معمولاً دارای شیار هستند. آزمون های ضربه به دو صورت ایزود و شارپی انجام میشوند که تفاوت این دو روش در نحوه نمونه سازی و انجام آزمون است. در آزمون ایزود ضربه در جهت شیار موجود روی نمونه وارد می شود ولی در آزمون شارپی جهت وارد شدن ضربه از پشت شیار موجود روی نمونه میباشد.

آزمون ضربه

آزمون سایش به منظور مقایسه مقاومت سایش مواد و مشاهده رفتار اصطکاکی مواد میباشد. آزمون سایش به دو صورت رفت و برگشت و یا پین روی دیسک انجام می شود که جسم ساینده می تواند پین یا ساچمه باشد. باتوجه به شرایط کاری آزمون سایش می تواند در دمای محیط یا دمای بالا انجام شود. معیار مقایسه خواص مواد در این آزمون منحنی تغییر وزن بر حسب مسافت و منحنی تغییر ضریب اصطکاک برحسب مسافت میباشد. مواد مختلف به دلیل رفتار سایش متفاوت، مکانیزم های سایشی مختلفی از خود نشان میدهند که با بررسی سطوح سایشی میتوان مکانیزم های سایشی را مورد مشاهده و تحلیل عمیق قرارداد.

آزمون سایش

این آزمون اطلاعات مفیدی در مورد خواص استحکامی ماده ارائه میکند. خروجی این آزمون منحنی تنش-کرنش است که حاوی اطلاعاتی نظیر استحکام کششی(UTS) و ازدیاد طول(EL) و استحکام تسلیم(yδ) است. ابعاد دقیق نمونه آزمون کشش در استاندارد ASTM E8 آمده است.

آزمون کشش

به زبان ساده اثر تنش بر آهنگ کرنش در دمای ثابت را خزش می گویند. دمایی که خزش در آن رخ می دهد معمولا بالاتر از Tm4/0 می باشد که Tm نقطه ذوب بر حسب کلوین است. به طور کلی دو روش معمول برای اندازه گیری خزش وجود دارد. روش اول نیرو ثابت و روش دوم تنش ثابت است. خروجی آزمون خزش یک نمودار است که در دمای ثابت تغییرات کرنش را برحسب زمان نشان می دهد. در روش نیرو ثابت نمودار خزش دارای سه ناحیه است. مهمترین مکانیزم های خزش عبارتند از نابجایی ها، نفوذ و حرکت مرزدانه ها

 آزمون خزش

به طور کلی به شکست مواد در اثر تنش های سیکلی خستگی گویند که این تنش از تنش تسلیم ماده کمتر است. به حداکثر تنشی که نمونه می تواند به ازای آن تنش، تعداد بسیار زیادی سیکل خستگی را تحمل کند بدون اینکه بشکند حد خستگی یا استحکام خستگی گویند. نمودارهای خستگی تنش بر حسب تعداد سیکل منجر به شکست است که حد خستگی در این نمودارها همان ناحیه ای می باشد که منحنی به صورت افقی ادامه یافته است.

خستگی

پراش پرتو ایکس یک آزمون آنالیز فازی است که بر مبنای رابطه براگ عمل می کند. اشعه ایکس روشی برای مطالعه مواد دارای شبکه کریستالی می باشد. این روش برپایه خاصیت موجی اشعه ایکس استوار است. با تابش اشعه ایکس بر سطح مواد و بررسی پرتوهای بازتاب شده از نمونه اطلاعات مفیدی درباره نوع شبکه کریستالی و فازهای موجود در نمونه ارایه می کند. خروجی آزمون XRD یک الگو می باشد که حاوی پیک هایی در زوایای مختلف و با شدت های گوناگون است و با استفاده از نرم افزار X´Pert قابل تحلیل می باشد.

XRD

طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس یک روش آنالیز عنصری می باشد. اساس کار این روش اندازه گیری طول موج و شدت پرتو ایکس ثانویه از عناصر موجود در نمونه می باشد. خروجی این آزمون یک الگو است که شدت پرتو ثانویه را برحسب انرژی ارایه می کند. این الگو حاوی تعدادی پیک می باشد که انرژی هر پیک نمایانگر عنصر خاص و شدت پیک نشان دهنده غلظت آن عنصر در ماده می باشد.

XRF

 آنالیز سطح با استفاده از پرتوهای الکترونی اساس کار آزمون SEM می باشد که با استفاده از میکروسکوپ الکترونی انجام می شود. این روش با توجه به شرایط کاری می تواند با استفاده از الکترون ثانویه تصاویر سطحی و یا با استفاده از الکترون برگشتی از عمق و مورفولوژی نمونه نیز تصویر ارایه کند. علاوه بر این با استفاده از آنالیز EDX توانایی تعیین عناصر موجود در هر فاز و میزان این عناصر را دارا می باشد. روش FE-SEM تصاویری با وضوح بالاتر نسبت به SEM ارایه می کند و برای نمونه هایی که دارای ذرات نانومتری هستند توصیه می­شود.

SEM

طیف سنجی نشری پلاسمایی یک روش آنالیز عنصری می باشد. اساس این روش برانگیختگی الکترون های عناصر مختلف در محیط پلاسما و نشر نور پس از بازگشت الکترون به تراز اولیه خود است. از این روش می توان برای اندازه گیری عناصر با قدرت تشخیص در حد ppm اشاره کرد.

ICP

یکی از روش های جدید جهت بررسی ساختار مولکول ها، گروه های عاملی و پیوندهای موجود در نمونه می باشد. اساس کار این روش تابیده شدن پرتوهای مادون قرمز به نمونه می باشد که این پرتوها جذب و یا از نمونه عبور می کنند. در نتیجه طیف ها بر اساس جذب و عبور مادون قرمز، خواص مولکول های نمونه را نشان می دهند. خروجی ای آزمون یک الگو است که شدت طیف های جذب شده را برحسب عدد موج نشان می دهد.

FTIR

کوانتومتری: یک روش آنالیز عنصری است که ترکیب شیمیایی فلزات و آلیاژهای فلزی را با دقت بالا تعیین می کند. نمونه مورد نیاز برای این آزمون باید تا سنباده 80 سنباده زده شود و لازم است سطح نمونه عاری از هرگونه آلودگی و چربی باشد. اساس کار این آزمون به گونه ای است که نمونه در اثر تخلیه الکتریکی ناشی از جرقه به صورت سطحی تبخیر شده و تابش می کند. با توجه به طول موج نشر شده ازموج، نوع عناصر موجود در نمونه و مقدار عناصر تعیین می شود.

کوانتومتری

به علم و هنر آماده سازی نمونه های فلزی و بررسی ریزساختار آن ها با استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی گویند. برای حصول ساختار در تصاویر میکروسکوپی لازم است سطح نمونه کاملا آماده شود که شامل سنباده زدن و پولیش نهایی میباشد. اچ یا حکاکی نمونه نیز در مرحله قبل از تصویر برداری لازم است. در واقع اچ کردن نمونه در یک محلول شیمیایی موجب خورده شدن سطح نمونه می شود که به دلیل اختلاف مقاومت خوردگی فازهای موجود در نمونه موجب می شود فاز های گوناگون به خوبی در ساختار نمایان شوند.

متالوگرافی

متالوگرافی  معمولی شامل جدا کردن بخشی از قطعه و بررسی آن در آزمایشگاه می باشد. رپلیکا در واقع متالوگرافی غیرمخرب در محل می باشد. با پیشرفت تکنولوژی وسایل آماده سازی و بررسی ریزساختار به صورت قابل حمل تولید گردیده است. آزمون رپلیکا امکان شناسایی و تشخیص مکانیزم های تخریب از قبیل خستگی، خزش، ترک خوردگی ناشی از تنش و گرافیته شدن را در مراحل اولیه و امکان نظارت این عیوب را فراهم می نماید که موجب تسهیل تصمیم گیری جهت تعمیر یا تعویض قطعات می شود.

پس از انتخاب نمونه مناسب برای کار، متخصصان این امر مراحلی را برای رسیدن به سطح مناسب جهت آنالیز میکروسکوپی طی می کنند. مرحله اول مقطع زدن نمونه می باشد و در صورتی انجام می شود که ابعاد نمونه بیش از اندازه بزرگ باشد. در صورتی هم که نمونه بیش از حد کوچک باشد با استفاده از مانت برای انجام مراحل بعدی آماده می شود. مرحله بعدی استفاده از کاغذهای سنباده می باشد که از جنس کلسیم کاربید بوده و از زبر تا نرم دسته بندی و مورد استفاده قرار می گیرند. مرحله آخر پرداخت نهایی با استفاده از پارچه پولیش و پودرالماس می باشد تا بتوان به سطح کاملا صاف و آینه ای دست یافت و پس از اتمام مراحل آماده سازی نمونه با استفاده از یک محلول اسید ضعیف اچ شده و با استفاده از میکروسکوپ بررسی می شود.

آماده سازی نمونه

رپلیکا