طلاء المونيل (Ni-Cu) بالرش الحراري لجعل الفولاذ منخفض الكاربون مناسباً للتطبيقات الصناعية
Monel (Ni-Cu) Coating by Thermal Spraying to Make Low Carbon Steel Suitable for Industrial Applications
- الباحث
- آية ناهض محسن
- المشرف
- حسين محمد يوسف - سرى سالم احمد
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة المواد / هندسة المواد
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2021
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Monel coating;Thermal spraying;Low carbon steel;Corrosion
الملخص
يتميز الفولاذ منخفض الكاربون بخصائص ميكانيكية وفيزيائية جيدة, ولكنه ضعيف المقاومة للتآكل. نظراً لأهمية الطلاء في زيادة كفاءة السطوح للحماية من التآكل وتحسين ادائها الوظيفي . تم استخدام تقنية الرش الحراري باللهب لترسيب طبقة (Monel) Ni-Cu واقية والتي تشتهر بمقاومتها الممتازة للتآكل في مختلف البيئات القاسية. تمت دراسة متغيرات مختلفة, مثل مسافة الرش ((100, 125, 150 ملم), معدل تغذية المسحوق (10, 20, 30 غم/ دقيقة), خشونة السطح المعدني ( 716 N8, ,7110), و السرعة العرضية lal مسدس الرش (40, 50, 60 ملم/ دقيقة)), كل متغير بثلاث مستويات. تم قياس معدل التآكل بأستخدام نظام محلي الصنع , تم اختبار العينات بأستخدام محلول تآكل HC] 1096. البيانات تم جمعها من اختبار فقدان الوزن باستخدام Taguchi/ ANOVA للحصول على الحد الادنى لمعدل التآكل . نتائج Taguchi/ ANOVA أظهرت ان مسافة الرش لها تأثير كبير في تقليل فقدان الوزن, Gills لها قيمة دلتا عالية (1.38) (0.00240) . بينما العوامل الاخرى ( معدل تغذية المسحوق, السرعة العرضية لحامل مسدس الرش, خشونة سطح الركيزة) لها تأثير أدنى على فقدان الوزن . مخططات التداخل أظهرت أن مسافة الرش عند (125 ملم) مع معدل تغذية المسحوق وخشونة السطح المعدني والسرعة العرضية لحامل مسدس الرش بجميع مستوياتها له تأثير كبير على تقليل معدل التأكل. كما توضح المخططات البيانية انه يمكن الحصول على معدل تآكل اقل من (0.013 ملم/ سنة) عند مسافة رش (125 مم) و معدل تغذية المسحوق (28.2 - 30 غم/ دقيقة). الظروف المثلى للطلاء كانت ( 125 ملم المستوى الثاني ل مسافة الرش, 30 جم المستوى الثالث لمعدل تغذية المسحوق, 0 <خشونة السطح المعدني, 50ملم/ دقيقة لسرعة حامل مسدس الرش). كما بلغ متوسط معدل التآكل العملي (0.0130 ملم/ سنة) بينما كان المعدل الامثل (0.0142 ملم/ سنة), كان التباين بين القيمتين مقنعاً وضمن نسبة ثقة 95 1% نتائج تحليل المجهر الالكتروني الماسح تظهر أن طبقة الطلاء متجانسة وتغطي سطح الركيزة تماماً ويبدو أن البنية المجهرية لطبقة الطلاء غنية ب Ni-Cu مما يجعلها اكثر مقاومة للتآكل. كما اوضح حيود الاشعة السينية عن Cu) sb) و Ni-Cu والتي تعمل كحاجز فعال ضد تغلغل العناصر التي تسبب التآكل وبالتالي توفير الحماية اللازمة لسطح فولاذ منخفض الكاربون. أظهر Glial التآكل الكهروكيميائي في محلول HC] بنسبة 9,010 مقاومة تآكل أعلى للعينة المطلية مقارنة بالعينة غير المطلية. تم قياس معدل التآكل بالتعرية بواسطة استخدام نظام محلي الصنع. تم اختبار العينات بأستخدام محلول كلوريد الصوديوم وجزيئات الرمل الزجاجي. النتائج أظهرت أن أدنى معدل لفقدان الوزن كان (0.00166 ملم/ سنة). تم اجراء محاكاة الكلال باستخدام قوة الانحناء لمعرفة توزيع الاجهادات وتأثيرها على قوة الربط بين طبقة الطلاء والركيزة, حيث أن الاجهاد باقصى قيمته كان (3.420 ميجا باسكال) عند حافة الانحناء للعينة, بينما تظهر مناطق أخرى من العينة المطلية ضغوطاً منخفضة. أظهرت نتائج مقاومة التقشر التي تمت بواسطة أختبار الانحناء أن العينات المطلية بسماكة (1.5 ملم) انها تنحني بدون تشققات او صدوع مما يشير الى الانتشار والالتصاق الجيد بين طبقة الطلاء والركيزة ويشير ايضاً على تشابه الخواص الفيزيائية والميكانيكية لكل من طبقة الطلاء والركيزة.
Abstract
Low carbon steel has good mechanical and physical properties, but weak corrosion resistance. Due to the importance of surface coatings to increase the corrosion protection efficiency and service life for the products, a flame thermal spraying technique was used to deposit a Monel (Ni-Cu) protective coating overlay onto St 52. Monel is well known for its excellent corrosion resistance in various aggressive environments so that it found extensive applications. Different coating process parameters, such as (Standoff distance (100, 125, 150 mm), Powder feed rate (10, 20, 30 g/min), Substrate surface roughness (N10, N8, N6), and Gun carrier transverse velocity (40, 50, 60 mm/min)) were studied. Each parameter was selected with three levels values. The corrosion rate was measured by using a locally- manufactured system, samples were tested by using 10% HCl corrosive solution. The data collected from the weight loss test were optimized using the Taguchi/ ANOVA (Analysis of Variance) technique to obtain the minimum corrosion rate (weight loss). Results of Taguchi (Mean response table of means, and S/N ratio) indicated that the standoff distance has the highest significance on reducing the weight loss, which has a high delta value (0.00240) for means and (1.38) for signal to noise ratio with rank1. While the other factors (powder feed rate, gun carrier transverse velocity and, substrate surface roughness) had the least influence. Interaction plots depicted that the standoff distance at (125 mm) in combination with powder feed rate, substrate surface roughness, and gun carrier transverse velocity with all their levels has a great influence on reducing the corrosion rate. The contour plot diagrams manifested that the lowest corrosion rate less than (0.013 mm/year) can be obtained at the standoff distance (125 mm) and the powder feed rate between (28.2 - 30 g/ min). Optimal conditions for coating were (125 mm level 2 (standoff distance), 30 g/min level 3 (powder feed rate), N10 level 1 (substrate surface roughness), 50 mm/min level 2 (gun transverse velocity)). Scanning electron microscope analysis exhibits the homogeneous coating layer and completely covers the substrate surface evinced that the sample rich with Ni-Cu which make it more resistant to corrosion. X-ray diffraction revealed Cu and Ni-Cu phases, which can act as a protective guard against the diffusion of spices causing corrosion through the film and therefore, decreasing the corrosion rate, this provides the necessary surface protection for St 52. Electrochemical corrosion test in 10% HCL corrosive solution showed a higher corrosion resistance for the coated sample than for the uncoated sample. Erosion-corrosion rate for the coated samples were tested by using (3.5% NaCl solution + glass sand particles). From the results, the minimum corrosion rate was (0.00166 mm/year). Simulation of fatigue was performed in order to know the distribution of stresses and their effect on the bonding strength between the coating overlay and the substrate, it presents the von mises at its maximum value (3.420 MPa) at the bending edge of the sample, while other regions of the coated sample exhibit low stresses. Peeling resistance results depicted that the coated samples with (1.5 mm) coating thickness bend over without cracks indicate good diffusion and adhesion between the coated layer and the substrate. Also, indicate the similarity of the physical and mechanical properties for both of the coating layer and the substrate.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.