Improvement of Erosion -Corrosion Resistance of Tin-Bronze Alloy by Addition of Al and Al2O3 via Powder Technology
| Main Authors: | Hubi Haleem, Ali , Talib khulief , Zuheir , Maythem Abbas, Zaid |
|---|---|
| Format: | Article info application/pdf Journal |
| Bahasa: | eng |
| Terbitan: |
University of Babylon
, 2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: |
https://www.journalofbabylon.com/index.php/JUBES/article/view/2796 https://www.journalofbabylon.com/index.php/JUBES/article/view/2796/2150 |
Daftar Isi:
- سبيكة (قصديرــ برونز) ذات التركيب المسامي تمتلك العديد من التطبيقات الهندسية ولاسيما في انظمة الترشيح، كراسي التحميل ذاتية التزييت، المبادلات الحرارية. لكونها تمتاز بخصائص ميكانيكيه وفيزيائية فريدة حيث تجمع ما بين خفة الوزن والمتانة الجيدة مع القدرة على النفاذية والتوصيل الحراري والكهربائي. في العمل الحالي تم تحضير نماذج من سبيكة (قصديرــ برونز) ذات التركيب الكيمائي (90 wt. % Cu, 10 wt. % Sn) بتقنية ميتالورجيا المساحيق، وتم استخدام دقائق مسحوق (NaCl) عالية النقاوة (99.6 wt. %) كعامل لتوليد المسامات وبنسبة اضافة (35 wt. %) والتي تم ازالتها لاحقا عن طريق اذابتها بالماء عند درجة (100 ̊C) تبعتها عمليه تنظيف باستعمال جهاز الموجات فوق الصوتية (Ultrasonic cleaner device). تم اضافة كلا من الالمنيوم بنسبة (3 wt. %) واوكسيد الالمنيوم بثلاث نسب مختلفة (3% 5%,7%,) الى السبيكة الاساس ذات التركيب الكيميائي (90% Cu, 10% Sn) لتحضير عينات متراكبة اضافة الى العينة الاساس ودراسة تأثير هذه الاضافات على السلوك الفيزيائي والميكانيكي والتاكلي والتاكل بالتعرية. خلطت المساحيق لمدة (5) ساعات وكبست تحت ضغط (40 MPa) وتم تلبيد العينات عند درجة حرارة (600 ̊C) ولفترة زمنية (180 min) بعد ان تركت ساعة واحدة عند درجة حرارة (200 ̊C) في جو مفرغ من الهواء ولغاية (10-4 Torr) ثم تركت العينات لتبرد داخل الفرن الى درجة حرارة الغرفة مع ضمان استمرار تفريغ الهواء. اظهرت النتائج فشل العينة ذات الإضافة (7 wt. % Al2O3, 3 wt. % Al) في عمليه التلبيد في حين نجحت بقية العينات في عمليه التلبيد تحت نفس الظروف. اجريت العديد من الاختبارات وتضمنت: فحص البنيية المجهرية (المجهر الضوئي)، اختبار البنية (المجهر الإلكتروني)، فحص التحليل الكيمائي (EDS)، اختبار حيود الأشعة السينية (اشعة اكس)، المسامية، الكثافة، اختبار الصلادة الميكروية (فيكرز)، فحص التآكل (تافل)، وفحص تآكل بالتعرية. اظهرت نتائج المجهر الالكتروني وجود دقائق ((Al2O3 في ارضية العينات المضاف اليها دقائق اوكسيد الالمنيوم. بينما اظهرت نتائج فحص حيود الأشعة السينية ان العينات المحضرة تتكون من طورين هما ((Cu,Snα الذي يمثل ارضية السبيكة الاساس والطور الثاني (ε-Cu3Sn) كمركب شبه معدني. كما اظهرت نتائج فحص الكثافة والمسامية انخفاض في قيمة الكثافة بعد اضافة الالمنيوم واوكسيد الالمنيوم ويزداد هذا الانخفاض مع زيادة نسبة اضافة اوكسيد الالمنيوم في حين تزداد المسامية بنسبة قليل مع زيادة هذه الاضافة. من خلال اختبار الصلادة الدقيقة بينت النتائج ان اضافه اوكسيد الالمنيوم والالمنيوم أدت الى زيادة في قيمه الصلادة حيث لوحظ زيادة قيمه الصلادة من ((44.41 HV للسبيكة الاساس الى (HV83.3) عند اضافة 3%Al واوكسيد الالمنيوم (7%). اما في اختبارات التآكل، فقد اشارت نتائج فحص التآكل الكهروكيميائية (تافل) في محلول ((3.5 wt. %NaCl تحسن كبير في مقاومة التآكل حيث لوحظ انخفاض في قيمة كثافة التيار من (μA/mm21.76112) للسبيكة الخالية من اضافة الالمنيوم واوكسيد الالمنيوم الى 0.00326 μA/mm2)) للسبيكة بعد اضافه الالمنيوم ( (3 wt.% Al واوكسيد الالمنيوم بنسبة (5 wt. %). ومن خلال اختبار التآكل بالتعرية في محلول ((3.5 wt. %NaCl لوحظ ان معدل التاكل بالتعرية بعد اضافة3% الالمنيوم و5% واوكسيد الالمنيوم كان4) (5.8*10- g/hr. في حين بلغ معدل التاكل بالتعرية للنموذج بدون اضافة الالمنيوم واوكسيد الالمنيوم (11.5*10-4 g/hr) عند المنطقة المستقرة.
- The porous (tin-bronze) alloy has many engineering applications, especially in filtration systems, self-lubricating loading chairs and heat exchangers. Because of its unique mechanical and physical properties, it combines light weight, good durability with permeability, thermal and electrical conductivity. In the present study, samples of tin-bronze alloy with chemical composition (90 % Cu, 10 % Sn) have been prepared by using powder metallurgy,(35 wt. %) high purity (99.6 wt. %) NaCl powder was used as a pore-forming agent for the generation of pores, which was subsequently removed by dissolved with water at (100 ̊C) followed by ultrasonic cleaning (Ultrasonic cleaner device). Aluminum (3%) and alumina (3%, 5%, and 7%) were added to the base alloy to prepare composite samples in addition to the base alloy and study the effect of these additives on physical ,mechanical, corrosion, and erosion -corrosion properties. The powders were mixed for 5 hours and pressed under 40 MPa. Samples were sintered at(200 ̊C) for one hour and then the temperature was raised to (600 ̊C) for period of (180 min) with heating rate (10 ̊C/min) in a vacuum atmosphere (10-4 Torr) Then let it cool inside the furnace to room temperature while ensuring continued air discharge. The results showed that the sample of the addition of (3% Al and 7% Al2O3,) failed in the sintering process while the rest of the samples succeeded in sintering process under the same conditions. Several tests were carried out including: microstructure test (light optical microscopy), scanning electron microscopy test (SEM), X-ray diffraction test (XRD), Energy dispersion spectrometer test (EDS), Vickers micro-hardness test ,porosity, density, corrosion behavior (Tafel), and erosion corrosion test. The results of the SEM showed the presence of particle (Al2O3) in the matrix of the samples containing the addition of alumina particles. While the results of the X-ray diffraction examination showed that the prepared samples consist of two phases α (Cu, Sn) which represents the alloy matrix and the second phase (ε-Cu3Sn) as an intermetallic compound. The results of the density and porosity tests showed a decrease in the density value after the addition of aluminum and alumina. This decreasing increases with the increase of the percentage of the addition of alumina, while the porosity increases slightly with the increase of this addition. Through the test of micro- hardness, the results showed that the addition of alumina and aluminum led to an increase in the hardness value, where it was observed to increase the hardness value from (44.41) Hv of the alloy without addition to (83.30Hv) When the percentage of addition was (3% Al+5% Al2O3). In corrosion tests, the results of the electrochemical corrosion test (Tafel) in the solution (3.5% NaCl) significantly improved the corrosion resistance as the current density value decreased from (1.76112 μA / mm2) for base alloy to (0.00326 μA / mm2) for composite sample of (3%Al) and (5% Al2O3). While in the erosion- corrosion test in (3.5% NaCl solution), the rate of erosion corrosion in alloy( 90% Cu- 10% Sn) was (11.5*10-4 g/hr) and the rate of erosion corrosion for alloy with addition of (3%Al+5%Al2O3) was (5.8*10-4 g/hr) at steady state condition.”