यहाँ, हम tribocorrosion दर को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं और कमरे के तापमान पर नकली समुद्र के पानी में पतली फिल्म और थोक अल मिश्र की जंग तालमेल पहनते हैं ।
बढ़ती जटिलता और क्षेत्रों में सेवा की स्थिति की गंभीरता, जैसे एयरोस्पेस और समुद्री उद्योग, परमाणु प्रणालियों, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, बैटरी, और बायोमेडिकल उपकरणों, आदिके विश्वसनीय प्रदर्शन पर महान चुनौतियों थोपना यांत्रिक और विद्युत हमले के सह अस्तित्व जहां चरम स्थितियों को उजागर मिश्र धातु. इस तरह के चरम स्थितियों के तहत पहनने और जंग (यानी, tribocorrosion) के संयुक्त हमले को कम करने के लिए मिश्र के लिए तरीके ढूँढना इस तरह की स्थितियों में इस्तेमाल किया जब उनकी विश्वसनीयता और सेवा जीवन में सुधार के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण है. चुनौती तथ्य यह है कि पहनते है और जंग एक दूसरे से स्वतंत्र नहीं है में निहित है, बल्कि काम करने के लिए कुल सामग्री नुकसान में तेजी लाने के synergistically । इस प्रकार, धातु और मिश्र धातुओं के tribocorrosion प्रतिरोध का मूल्यांकन करने के लिए एक विश्वसनीय विधि की जरूरत है । यहां, tribocorrosion दर को मापने और कमरे के तापमान के तहत एक संक्षारक वातावरण में अल आधारित थोक और पतली फिल्म के नमूनों के पहनने जंग तालमेल के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है ।
Tribocorrosion एक सामग्री गिरावट पहनने और जंग1,2के संयुक्त प्रभाव की वजह से प्रक्रिया है । Tribocorrosion दोनों प्रकृति में और औद्योगिक अनुप्रयोगों में जगह लेता है, जहां यांत्रिक संपर्क और एक संक्षारक पर्यावरण एक साथ मौजूद हैं । tribocorrosion की जटिलता तथ्य यह है कि रासायनिक और यांत्रिक क्षरण तंत्र एक दूसरे के स्वतंत्र नहीं है में निहित है । यांत्रिक और रासायनिक हमले का एक संयोजन अक्सर त्वरित विफलता की ओर जाता है, synergetic प्रभाव के कारण. इस प्रकार, कुल सामग्री हानि टी के रूप में गणना की जा सकती है = c0 + डब्ल्यू0 + S (eqn .1), जहां सी0 सामग्री हानि पहनने के अभाव में जंग से हुई है, डब्ल्यू0 सामग्री के अभाव में यांत्रिक पहनने के कारण नुकसान है जंग , और एस के कारण सामग्री हानि है पहनने के लिए जंग सिनर्जी3,4। synergetic प्रभाव ऐसे एल्यूमीनियम, टाइटेनियम के रूप में निष्क्रिय मिश्र धातुओं के लिए प्रमुख है, और स्टेनलेस स्टील्स, जो अनायास एक सुरक्षात्मक पतली फार्म (मोटाई में कुछ नैनोमीटर) ऑक्साइड फिल्म (निष्क्रिय फिल्म) जब ऑक्सीजन या पानी के साथ संपर्क में5, 6. जंग के दौरान, और यदि इस निष्क्रिय फिल्म स्थानीय रूप से यांत्रिक पहनने से परेशान है, depassivation के लिए नेतृत्व कर सकता है और अप्रत्याशितविफलताओं1,3,7,8, 9.
हमारे समाज में tribocorrosion के आर्थिक प्रभाव का एक उदाहरण के रूप में, पहनते है और जंग के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका में10प्रति वर्ष लगभग $३००,०००,०००,००० लागत का अनुमान है । फ्लोरिडा में, समुद्री जल में संरचनात्मक मिश्र धातुओं की tribocorrosion घटनाएं ब्याज की अपनी महासागर अर्थव्यवस्था (मछली पकड़ने, समुद्री परिवहन, और तटीय निर्माण), जो है फ्लोरिडा कुल सकल घरेलू उत्पाद11का 4% के आसपास योगदान दिया है । इस प्रकार, धातु और मिश्र धातुओं के tribocorrosion के एक बेहतर समझ आवेदन और कठोर पर्यावरण सेवा की स्थिति में मिश्र धातुओं के उपयोग के लिए बेहतर दिशा निर्देशों के लिए नेतृत्व करेंगे । इस तरह की समझ भी tribocorrosion के खिलाफ नए मिश्र धातु और कोटिंग्स विनिर्माण और स्थायित्व बढ़ाने के लिए डिजाइन सिद्धांतों में सुधार करने के लिए सेवा करेंगे ।
Tribocorrosion अध्ययन एक tribometer और एक विद्युत माप प्रणाली के एकीकरण की आवश्यकता है । tribometer नियंत्रित यांत्रिक लोडिंग और सापेक्ष गति प्रदान करता है, और घर्षण बल और नमूना सतह ऊंचाई परिवर्तन के उपाय । विद्युत माप प्रणाली एक शूंय प्रतिरोध ammeter (वैकल्पिक) है कि खुले सर्किट क्षमता (OCP) और विद्युत ध्रुवीकरण माप निर्धारित करता है के साथ एक potentiostat/galvanostat भी शामिल है । ऐसी तकनीक एक त्वरित और सस्ती विधि प्रदान करने के लिए एक सामग्री के विद्युत गुण है, जहां एक धातु की जंग दर एक नियंत्रित विद्युत अशांति के लिए प्रभारी स्थानांतरण प्रक्रिया की प्रतिक्रिया देख कर मापा जा सकता है . यहां, हम tribocorrosion दर और पहनने जंग अल मिश्र धातुओं के तालमेल, ज्यादातर एएसटीएम मानक G1192निंनलिखित का निर्धारण करने के लिए एक परीक्षण प्रोटोकॉल मौजूद । इस प्रोटोकॉल नमूना तैयारी, मशीन सेटअप, tribocorrosion परीक्षण, और बाद परीक्षण परिकलन कार्यविधियां शामिल हैं । हमें उंमीद है कि इस प्रयास के लिए उन नए क्षेत्र के लिए विश्वसनीय और दोहराया tribocorrosion परीक्षण करने के लिए विरूपण और थोक के क्षरण व्यवहार के रूप में अच्छी तरह से पतली फिल्म धातु के नमूनों का मूल्यांकन प्रदर्शन लाभ होगा ।
इस प्रोटोकॉल में कई महत्वपूर्ण चरण हैं । पहले, नमूनों की उचित सतह की तैयारी tribocorrosion परीक्षणों से पहले प्रदर्शन परीक्षण की अच्छी विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है और परीक्षण पुनरावर्तन बढ़ाने । विभिन्न थोक मिश्र धातुओं एक नियंत्रित सतह किसी न किसी प्रकार सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न प्रक्रियाओं के बाद तैयार किया जा करने के लिए कर रहे हैं, और किसी भी सतह संदूषण या तराजू को हटाने. यहां वर्णित प्रक्रिया केवल यांत्रिक पीसने और चमकाने के होते हैं । इस विधि आम तौर पर ऐसे अल, तिवारी, नी, घन मिश्र धातु और इस्पात के रूप में उच्च कठोरता के माध्यम से मिश्र धातु के लिए लागू होता है । ऐसे मिलीग्राम मिश्र धातु, विद्युत चमकाने या आयन मिलिंग के रूप में नरम मिश्र धातुओं के लिए वांछित सतह किसी न किसी को प्राप्त करने के लिए यांत्रिक चमकाने के साथ युग्मित किया जाना चाहिए । दूसरे, पतली फिल्म नमूना sputtering के लिए, sputtering चैंबर में एक अल्ट्रा कम (< 10-6 Torr) वैक्यूम बनाए रखने के लिए जमा फिल्म में कम दोष एकाग्रता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है, जो अंयथा जंग प्रतिरोध को प्रभावित करेगा काफी. तीसरे, जब काम इलेक्ट्रोड में या तो थोक या पतली फिल्म के नमूनों की तैयारी, यह नमूना और जोड़ने (घन) तार के बीच एक अच्छा बिजली कनेक्शन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है. इस प्रोटोकॉल में, प्रवाहकीय टेप या प्रवाहकीय epoxy का प्रयोग किया जाता है । वैकल्पिक रूप से, टांका, स्पॉट वेल्डिंग या इसी तरह की तकनीक का इस्तेमाल किया जा सकता है । हालांकि, microstructure पर वेल्डिंग के दौरान हीटिंग के प्रभाव और अंततः नमूनों की tribocorrosion प्रतिरोध सावधानी से मूल्यांकन किया जाना है । इस धातु और कम पिघल बिंदु के साथ मिश्र धातुओं के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है । अंत में, के बाद से tribocorrosion (संपर्क में दो निकायों सहित एक तीन शरीर बातचीत शामिल है, और बीच में तीसरे शरीर), यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि एक नई गेंद टिप (या गेंद टिप का एक नया क्षेत्र) जब दोहराया tribocorrosion परीक्षण प्रदर्शन किया जाता है ।
वर्तमान प्रोटोकॉल सामग्री हानि को मापने के द्वारा tribocorrosion दर का मूल्यांकन करता है । इस प्रोटोकॉल के संशोधनों को आसानी से tribocorrosion के depassivation और repassivation कैनेटीक्स का मूल्यांकन किया जा सकता है । इस परीक्षण के दौरान वर्तमान, क्षमता, और घर्षण के गुणांक (कोफ़) विकास पर नज़र रखने के द्वारा हासिल की है । एक उदाहरण के रूप में, चित्रा 10 और 11 जंग संभावित और कोफ़ के विकास के प्रतिनिधि परिणाम क्रमशः OCP में tribocorrosion परीक्षण के बाद अल पतली फिल्म के दिखाओ । चित्रा 10 में तीर शुरू और scratching के खत्म प्रतिनिधित्व करते हैं । यह देखा जा सकता है कि इस तरह के अल के रूप में निष्क्रिय मिश्र धातुओं के लिए, tribocorrosion के दौरान यांत्रिक व्यवधान पहनने ट्रैक पर निष्क्रिय फिल्म की ओर जाता है/और एक depassivated क्षेत्र है जो ~ 20 एमवी द्वारा जंग संभावित में कमी की ओर जाता है उजागर । हमारे पहले काम16 से पता चला है कि जंग संभावित कमी की भयावहता दृढ़ता से परीक्षण मानकों को देखते हुए धातु के microstructure से संबंधित है (जैसे, लागू लोड, फिसलने की गति, तापमान) एक ही हैं । उच्च कठोरता और महीन microstructure के साथ अल के लिए, एक ही लागू लोड एक छोटे depassivated क्षेत्र के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, इसलिए जंग संभावित में छोटे परिवर्तन । यह भी उल्लेखनीय है कि खुले सर्किट मोड के दौरान, वर्तमान में भी सर्किट के रूप में पता लगाया जाना कम है ‘ खुला ‘ । हालांकि, tribocorrosion परीक्षण के दौरान वर्तमान विकास लगाया कैथोडिक या anodic क्षमता पर नजर रखी जा सकता है । एक उदाहरण हमारे पिछले काम16में पाया जा सकता है । चित्रा 12 २०० एमवी के एक लगाए anodic क्षमता पर tribocorrosion के दौरान अल पतली फिल्म के वर्तमान विकास से पता चलता है और OCP से अधिक सकारात्मक । इस anodic क्षमता निष्क्रिय क्षेत्र के भीतर अभी तक अच्छी तरह से पिट क्षमता से नीचे चुना गया था । इस परिणाम पहनने त्वरित जंग का अंदाजा लगाया जा सकता है । इस मामले में, कुल सामग्री हानि का मूल्यांकन किया जा सकता है के रूप में टी = वीमैक् + vरसायन, जहां वीमैक् और वीरसायन यांत्रिक और विद्युत सामग्री हानि, क्रमशः के योगदान से मेल खाती है । विशेष रूप से, वीरसायन anodic लागू क्षमता के तहत धातु ऑक्सीकरण से उत्पंन के रूप में माना जा सकता है । इस प्रकार यह 17,18,19के रूप में है फैराडे कानून द्वारा गणना की जा सकती है, जहां क्ष विद्युत प्रभार है (औसत anodic वर्तमान के दौरान और पहले के बीच अंतर गुणा द्वारा गणना समय से फिसलने), एम आणविक वजन है, n ऑक्सीकरण व्याप्ति है, एफ है फैराडे निरंतर है, और दर्षाया अल के घनत्व है । चित्रा 13 अल पतली फिल्मों के लिए दोनों शर्तों के विशिष्ट परिणाम से पता चलता है । उपर्युक्त चर्चा से, यह देखा जा सकता है कि विद्युत मापदंडों के एक मूल्यांकन, वजन घटाने के अलावा, इस प्रकार tribocorrosion के दौरान depassivation कैनेटीक्स के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा ।
यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल भी कई सीमाएं भालू । सबसे पहले, जंग सेल Teflon (polytetrafluoroethylene) या इसी तरह की सामग्री से बनाया गया है । इस प्रकार, सभी परीक्षणों के कमरे के तापमान के पास प्रदर्शन किया गया । अनुप्रयोगों है कि उच्च तापमान (जैसे, परमाणु रिएक्टर कोर के लिए ४०० डिग्री सेल्सियस से ऊपर), एक विशेष संक्षारण सेल और टिप की आवश्यकता के लिए निर्मित किया है कि उच्च तापमान रेंगना और जंग का सामना करना होगा । अतिरिक्त सुरक्षा भी उच्च तापमान पर पिघला हुआ नमक इलेक्ट्रोलाइट और धातु के नमूनों से निपटने के लिए आवश्यक है । दूसरे, काम इलेक्ट्रोड (नमूना) के पास एक संदर्भ इलेक्ट्रोड के लगाव रैखिक पारस्परिक होने के लिए पहनने के प्रस्ताव सीमित है. अनुप्रयोगों में जहां नमूना की एक घूर्णन गति की आवश्यकता है, एक विशेष tribocorrosion सेटअप के लिए डिज़ाइन किया गया है । तीसरे, वर्तमान सेटअप में, पहनने खरोंच दर जंग दर से ज्यादा तेजी से है । इसलिए सी0 का योगदान अन्य सभी शर्तों की तुलना में नगण्य है. जबकि जंग ही सीमित परीक्षण समय के दौरान महत्वपूर्ण सामग्री हानि के लिए नेतृत्व नहीं किया, एस पर अपने प्रभाव महत्वपूर्ण है । असली दुनिया अनुप्रयोगों में जहां यांत्रिक खरोंच बहुत कम आवृत्तियों पर होता है, इस प्रवृत्ति को बदल सकता है जहां सी0 प्रमुख हो सकता है । अंत में, विशेष देखभाल के लिए परीक्षण के दौरान उत्पंन त्रुटियों को भुगतान किया है । यह पहनने जंग सिनर्जी (ओं), जो tribocorrosion दर (टी), पहनते दर (डब्ल्यू0), और संक्षारण दर (सी0) से व्युत्पंन है मूल्यांकन के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है । इस प्रकार त्रुटियों को संचित किया जा सकता है । टी और डब्ल्यू0में उत्पंन त्रुटियों को कम करने के लिए, एक गैर संपर्क 3 डी ऑप्टिकल profilometer (संपर्क 2d profilometer के बजाय) कुल सामग्री हानि मात्रा निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल कर सकते हैं । सी0में त्रुटि को कम करने के लिए, पीडी टेस्ट जंग दर20का मूल्यांकन करने के लिए गैर विनाशकारी EIS (विद्युत प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी) परीक्षण के साथ युग्मित किया जा सकता है.
एक अंतिम ध्यान दें के रूप में, tribocorrosion दर एक सामग्री संपत्ति नहीं है, बल्कि एक प्रणाली की प्रतिक्रिया है कि परीक्षण मापदंडों पर निर्भर करता है (लागू लोड, गति फिसलने, आदि), पर्यावरण (तापमान, पीएच, नमक एकाग्रता, आदि), और सामग्री गुण (कठोरता, सतह किसी न किसी, आदि) । यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल हालत का केवल एक सेट का उपयोग कर प्रदर्शन किया है । पाठकों मतभेदों पर विचार करना चाहिए और नमूना तैयारी में उचित परिवर्तन अपनाने, सेटअप परीक्षण, और डेटा विश्लेषण जब विभिंन प्रणालियों के साथ काम । प्लेट पर पिन सहित वैकल्पिक परीक्षण सेटअप (घूमकर), microabrasion, बार पर सिलेंडर, एट अल. 21में पाया जा सकता है । Tribocorrosion एक उभरते हुए अनुशासनात्मक विषय है । यह आशा व्यक्त की है कि इस प्रोटोकॉल दोनों मौजूदा इंजीनियरिंग सामग्री के मूल्यांकन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से दोनों पहनते नुकसान और जंग क्षरण के लिए प्रतिरोधी नई सामग्री के डिजाइन की सुविधा होगी । इस तरह की सामग्री तेजी से ऐसे उंनत प्रत्यारोपण चिकित्सा उपकरणों, अगली पीढ़ी के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के रूप में भविष्य के अनुप्रयोगों में मांग हो, और उच्च क्षमता तेजी से चार्ज बैटरी, आदि, जो सभी की आवश्यकता ही नहीं एक मजबूत और कठिन सामग्री है, लेकिन एक मजबूत और विश्वसनीय है जब कुछ बहुत ही चरम वातावरण के साथ बातचीत ।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को अमेरिका के नेशनल साइंस फाउंडेशन ग्रांट DMR-१४५५१०८ और CMMI-१६६३०९८ ने सपोर्ट किया था ।
UMT (universal mechanical testing) machine | Bruker | UMT-2 | |
Potentiostat | Gamry | Reference 600 | |
Surface profilometer | Veeco | Dektak150 | |
Al3003 | Metal supermarkets | 3003 | |
Sodium choloride | Fisher Scientific | S640-3 | |
DI water | USF NREC | ||
Alcohol | Fisher Chemical | A405P-4 | |
Grinding paper | LECO Corporation | 810-221-300 (#180) 810-223-300 (#240) 810-227-300 (#400) 810-229-300 (#600) 810-036-100 (#1200) |
|
Polishing Pad | Pace Technologies | NP. 7008 | |
Polishing suspension | Pace Technologies | NANO2-1010-06 (1 um) NANO2-1003-06 (0.3 um) NANO2-1005-06 (0.05 um) |
|
Stop-off lacquer | Romanoff | 210-1250 | |
Ag/AgCl Reference electrode | SYC Technologies, Inc. | CHI111 | |
Compressed air | Office depot | 911-245 | |
Ultrasonic cleaner | Cole Parmer | 8890 | |
Sputtering coater | Torr International | CRC-100 |