Obiekt

Ta publikacja jest chroniona prawem autorskim. Dostęp do jej cyfrowej wersji jest możliwy w Oddziale Informacji Naukowej.
Ta publikacja jest chroniona prawem autorskim. Dostęp do jej cyfrowej wersji jest możliwy w Oddziale Informacji Naukowej.

Tytuł: Wpływ środowiska i temperatury na właściwości antykorozyjne powłoki diamentopodobnej na stali S355

Abstrakt:

Celem mojej rozprawy doktorskiej było określenie właściwości mechanicznych i antykorozyjnych powłoki diamentopodobnej (DLC) na podłożu stali S355 w środowisku mocnych elektrolitów. Część literaturową rozpoczęłam od omówienia zjawiska korozji elementów stalowych z podziałem na korozję elektrochemiczną i chemiczną, w tym korozję wysokotemperaturową. Jako podłoże do swoich badań stosowałam stal węglową, która z łatwością ulega procesowi korozji zwłaszcza w środowisku mocnych elektrolitów, dlatego przeanalizowałam na podstawie doniesień literaturowych wpływ środowiska i temperatury na proces korozji elementów stalowych. W kolejnym rozdziale tej pracy szczegółowo opisałam strukturę powłok diamentopodobnych oraz metody ich otrzymywania. Dokonałam również przeglądu najnowszych danych literaturowych dotyczących właściwości i zastosowania powłok DLC. W części doświadczalnej przedstawiłam metodykę badań oraz scharakteryzowałam środowiska korozyjne, czyli wodne roztwory chlorku sodu z udziałem kwasu solnego (pH 1,5) lub wodorotlenku sodu (pH 11,5). Jako warstwę ochronną dla stali S355 zastosowałam powłokę diamentopodobną osadzoną metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganą plazmą (PECVD). Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdziłam, wzrost twardości oraz obciążenia krytycznego (LC), próbki z powłoką diamentopodobną w porównaniu do podłoża. Pokrycie stali S355 warstwą DLC sprawiło, że próbka charakteryzowała się mniejszym współczynnikiem tarcia, a test odporności na ścieranie wykazał, że S355/DLC cechuje się mniejszymi profilami ścieżek ściernych, zatem zostały poprawione właściwości mechaniczne. Również wartości parametrów opisujących chropowatość oraz strukturę geometryczną powierzchni malały dla S355/DLC, gdyż nałożona warstwa diamentopodobna poprawia powierzchnię stalowego podłoża.
W celu sprawdzenia antykorozyjnych właściwości powłoki diamentopodobnej wykonałam testy korozyjne metodą elektrochemiczną. Stwierdziłam, że stal węglowa ulega procesowi korozji w środowisku kwaśnym oraz zasadowym według wieloetapowego mechanizmu korozji. Natomiast powłoka DLC była szczelna i dobrze chroniła podłoże S355 przed kontaktem z agresywnymi elektrolitami. Natomiast opór polaryzacji (Rp) wzrasta znacząco w dwóch omawianych środowiskach, zatem powierzchnia stali jest dobrze izolowana przez warstwę DLC. Ponadto, szybkość korozji (kkor) znacząco malała dla próbek zabezpieczonych powłoką diamentopodobną, co również potwierdza doskonałe właściwości antykorozyjne próbek S355/DLC. Następnie wykonałam pomiary termograwimetryczne dla S355 oraz S355/DLC i stwierdziłam, że korozja chemiczna zachodzi według prawa liniowego. Powierzchnia stali w temperaturze 400 ℃ pokrywa się warstwą FeO i Fe2O3, zaś dalsze zwiększanie temperatury do 800 ℃ wpływa na tworzenie się Fe3O4. Po obróbce cieplnej pogorszyły się właściwości mechaniczne powłoki diamentopodobnej. W celu sprawdzenia właściwości antykorozyjnych powłoki DLC po obróbce termicznej w temperaturze 400 i 800 ℃ przeprowadziłam test korozyjny w środowisku kwaśnym 1,2 M roztworze Cl- o pH 1,5. Stwierdziłam, że obróbka cieplna w temperaturze 400 ℃ wpływa na częściowe osłabienie właściwości antykorozyjnych powłoki diamentopodobnej. Dalsze zwiększanie temperatury do 800 ℃ powoduje zniszczenie warstwy DLC, która traci swoje właściwości ochronne, a powierzchnia pokrywa się niejednorodną warstwą Fe3O4. Powłoka diamentopodobna, jest doskonałym zabezpieczeniem przed korozją stali węglowej S355 zarówno w środowisku kwaśnym jak i zasadowym oraz może bezpiecznie pracować w temperaturze nieprzekraczającej 400 ℃.
The aim of my dissertation was to determine the mechanical and anti-corrosion properties of diamond-like carbon (DLC) coating on the base of S355 steel in a strong electrolyte environment. I started the literature part by discussing the phenomenon of corrosion of steel elements divided into electrochemical and chemical corrosion, including high-temperature corrosion. As a substrate for my research, I used carbon steel, which easily undergoes corrosion process, specifficaly in the environment of strong electrolytes. Therefore, on the basis of the literature reports, I analysed the influence of environment and temperature on the corrosion process of steel elements. In the next chapter of the thesis, I discussed in detail the structure of diamond-like carbon coatings and methods for their preparation. I also reviewed the recent literature data on the properties and applications of DLC coatings. In the experimental part, I presented the research methodology and characterized the corrosive environments, i.e., aqueous solutions of sodium chloride with hydrochloric acid (pH 1,5) and sodium hydroxide (pH 11,5). As a protective layer for S355 steel, I applied a diamond-like carbon coating using plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD). From the results obtained, I found an increase in hardness and critical load (LC) of the DLC-coated sample compared to the substrate. Coating S355 steel with DLC resulted in a lower coefficient of friction of the sample, and the abrasion resistance test showed that S355/DLC was characterised by smaller abrasion path profiles. As a result, the mechanical properties were improved. Also, the values of the parameters describing roughness and the geometric structure of the surface decreased for S355/DLC, as the applied diamond-like carbon coating improved the surface of the steel substrate.
In order to verify the anti-corrosion properties of the diamond-like carbon coating, I performed corrosion tests using an electrochemical method. I found that carbon steel corroded in acidic and basic environments according to a multi-step corrosion mechanism. In contrast, the DLC coating was tight and protected the S355 substrate well against contact with aggressive electrolytes. The polarisation resistance (Rp) increased significantly in the two environments discussed, so the steel surface was well insulated by the DLC coating. Additionally, the corrosion rate (kkor) significantly decreased for thesamples protected by the diamond-like carbon coating, confirming the excellent corrosion properties of the S355/DLC samples. I then performed thermogravimetric measurements on S355 and S355/DLC and found that chemical corrosion followed a linear law. The steel surface at 400 ℃ was covered with a layer of FeO and Fe2O3, while further increasing the temperature to 800 ℃ affected the formation of Fe3O4. The mechanical properties of the diamond-like carbon coating deteriorated after heat treatment. In order to investigate the anti-corrosion properties of the DLC coating after heat treatment at 400 and 800 ℃, I conducted a corrosion test in an acidic environment of 1,2 M Cl- solution with pH 1,5. I found that heat treatment at 400 ℃ affected the partial weakening of the anti-corrosion properties of the diamond-like carbon coating. Further increasing the temperature to 800 ℃ caused the destruction of the DLC coating, which lost its protective properties and the surface was covered with a heterogeneous Fe3O4 layer. Diamond-like carbon coating is an excellent corrosion protection for S355 carbon steel in both acidic and alkaline environments, and can safely operate at temperatures not exceeding 400 ℃.

Uwagi:

Zawiera bibliografię ; Zawiera ilustracje ; Streszcz. ang.

Identyfikator:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:6103

Katalog komputerowy:

kliknij tutaj, żeby przejść

Język:

pol

Uzyskany tytuł:

doktor

Data uzyskania stopnia:

3.11.2022

Instytucja nadająca tytuł:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Promotor:

Scendo, Mieczysław

Dziedzina nauki:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Dyscyplina naukowa:

Nauki chemiczne

Wydział:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Prawa dostępu:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Stan publikacji:

niepublikowana

Kolekcje, do których przypisany jest obiekt:

Data ostatniej modyfikacji:

8 gru 2022

Data dodania obiektu:

8 gru 2022

Liczba wyświetleń treści obiektu:

0

Wszystkie dostępne wersje tego obiektu:

https://bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl/publication/6536

Wyświetl opis w formacie RDF:

RDF

Wyświetl opis w formacie OAI-PMH:

OAI-PMH

×

Cytowanie

Styl cytowania:

Ta strona wykorzystuje pliki 'cookies'. Więcej informacji