بررسی رفتار اکسیداسیون دما بالای نمونه های فولادی با پوشش آلومینیمی

یکی از مشکلات گسترده و پر اهمیت در صنایع مختلف، اکسیداسیون دما بالا است که در حین گرمایش فولاد در محیط¬های اکسیدان مانند توربین های گازی، بویلر های بخار و مبادله کنند های گرما به وقوع می پیوندد. فولاد کربنی به دلیل مقاومت اکسیداسیون پایین و تشکیل لایه اکسیدی غیرمحافظ روی سطح آن، در دمای بالا قابل استفاده نمی¬باشد. اما با اعمال پوشش مقاوم به اکسیداسیون دما بالا روی سطح فولاد، می¬توان مقاومت اکسیداسیون آن را بهبود داد. یکی از روش¬های پوشش¬دهی، آلومینایزینگ است که با تشکیل یک لایه محافظ آلومینایدی روی سطح فولاد، به طور موثر باعث بهبود مقاومت اکسیداسیون دما بالای فولاد کربنی می¬شود. در این تحقیق به منظور بهبود مقاومت به اکسیداسیون فولاد ساده کربنی از پوشش دهی آلومینیم بر روی سطح فولاد به روش پاشش به کمک قوس الکتریک بهره گرفته شد و جهت نفوذ آلومینیم اعمالی به زیرلایه، نمونه¬های پوشش داده شده در دمای 800 و 900 درجه سانتی¬گراد و به مدت یک و سه ساعت تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند سپس رفتار اکسیداسیون فولاد ساده کربنی بدون پوشش با فولاد های پوشش¬دار در دمای 600 درجه سانتی¬گراد مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. بررسی¬های ریزساختاری نمونه های پوشش داده شده و نمونه های اکسید شده توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مجهز به eds انجام گرفت. نتایج نشان می¬دهد که سینتیک اکسیداسیون تمامی نمونه¬های پوشش¬دار و بدون پوشش از قانون سرعت پارابولیکی تبعیت کرده و تمامی پوششها با کاهش در ثابت سرعت پارابولیکی و تشکیل لایه¬های محافظ، باعث افزایش مقاومت به اکسیداسیون فولاد می¬شوند. همچنین مقاومت به اکسیداسیون دمای بالای نمونه های پوشش داده شده و عملیات حرارتی شده به مدت یک ساعت در مقایسه با نمونه عملیات حرارتی به مدت سه ساعت بالاتر می¬باشد. یکی از دلایل این برتری تشکیل فازهای چقرمه غنی از آهن می¬باشد؛ این فازهای چقرمه احتمال تشکیل ترک و نفوذ اکسیژن از طریق این ترک¬ها را کم می¬کند. در واقع کاهش زمان نفوذ، احتمال تشکیل فازهای ترد غنی از آلومینیم مثل fe2al5را کم¬تر می¬کند. بعلاوه به علت نفوذ داخلی کم¬تر آلومینیم در مدت یک ساعت نسبت به سه ساعت، امکان حذف لایه خارجی آلومینیم کم¬تر می¬شود. این لایه خارجی آلومینیم با ضخامت بیشتر باعث حفاظت اکسیداسیون بیشتر می شود. نتایج به دست آمده از sem و edsنیز نشان می¬دهد غلظت آلومینیم از سطح به زیرلایه کاهش و غلظت آهن افزایش می¬یابد بنابراین ترکیبات بین فلزی غنی از آلومینیم در اثر عملیات نفوذ در لایه آلومیناید در نزدیکی سطح و فازهای غنی از آهن در نزدیکی زیرلایه تشکیل می¬شوند.