Tribocorrosion performance of steels: comparisons between steel grades and corrosion-wear interaction mechanisms

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-01-28
Department
Major/Subject
Engineering Materials
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
91
Series
Abstract
Tribocorrosion is a poorly understood material degradation process where wear and corrosion processes occur simultaneously. It is an especially important problem in, for example, hydrometallurgical processes, pulp and paper industry, and biomedical engineering. In tribocorrosion contacts, thewear and corrosion processes have a synergistic behaviour, and may enhance or inhibit each other. Previous research into the tribocorrosion behaviour of low-alloy steels is limited. This thesis examines the tribocorrosion behaviour of four low-alloy steels in two contact types. Two types of tests were performed, a Pin-on-Disc test using a ball-on-flat contact geometry and a slurry pot test, relying on impacts by solid angular particles on the specimen surfaces. Both tests were conducted in the presence and absence of mechanical wear and/or corrosion to compare the change in material behaviour under various conditions. Pin-on-Disc tests were performed for two of four test materials, while slurry pot was performed on all four. Volume losses through wear, corrosion and the synergy processes were calculated for the Pin-on-Disc samples. The analysis of the behaviour in the slurry pot tests was based on weight loss measurements. Changes in the material surfaces were investigated for both tests. In Pin-on-Disc tests, a difference between the behaviour of the two test materials was detected. The current density of the materials responded differently to the applied load. It was also found that this response correlated with a change in the values of the coefficient of friction. Synergy behaviour was also found to be very different for the two materials. The erosion-corrosion behaviour of the samples was found to have some differences. Some correlation could be found between the tribocorrosion behaviour and mechanical properties of the alloys. It was found that the behaviour of the samples in erosion-corrosion contacts was connected mostly to system parameters, such as the erosive the impingement angle between the sand particles and the steel surface.

Tribokorroosio on huonosti ymmärretty materiaalien vaurioitumisprosessi, jossa materiaali altistuu samanaikaisesti kulumiselle ja korroosiolle. Se on tärkeä ongelma esimerkiksi hydrometallurgisissa prosesseissa, paperiteollisuudessa ja lääketieteen materiaaleissa. Tribokorroosiokontaktissa kulumisella ja korroosiolla on synergistinen vaikutus materiaalin vaurioitumiseen, ja prosessit voivat joko tehostaa tai rajoittaa toisiaan. Niukkaseosteisten terästen tribokorroosiokäyttäytymistä on tutkittu aiemmin hyvin vähän. Tässä diplomityössä tarkastellaan neljän erilaisen niukkaseosteisen teräksen tribokorroosiokäyttäytymistä kahdentyypisessä kontaktissa: levymäisen näytteen ollessa liukuvassa kontaktissa pallopinnan kanssa (Pin-on-Disc koe) ja levymäisen pinnan ollessa kontaktissa kulmikkaiden hiekkapartikkelien kanssa (slurry pot eroosio-korroosio koe). Molemmat kokeet tehtiin ilman vastinmateriaalia ja sen läsnä ollessa, jotta eri tekijöiden vaikutusta käyttäytymiseen voitiin arvioida. Pin-on-Disc kokeet tehtiin kattavasti kahdelle valitulle materiaalille neljästä. Kulumisesta, korroosiosta ja synergiaprosesseista johtuvat materiaalihäviöt määritettiin ja synergiaprosesseja vertailtiin valittujen materiaalien välillä. Slurry pot -kokeet tehtiin kaikille neljälle testimateriaalille, joiden käyttäytymistä arvioitiin massahäviöiden ja pinnanmuutosten avulla. Pin-on-Disc kokeessa materiaalien väliset käyttäytymiserot olivat selviä. Virrantiheyden arvot muuttuivat kulumisen vaikutuksesta toiselle materiaaleista (Material 2). Muutos korreloi kitkakertoimen muutoksen kanssa. Kulumisen ja korroosion välinen synergiakäyttäytyminen, erityisesti synergian osuus kokonaismateriaalihäviöihin, oli myös hyvin erilainen testimateriaalien välillä. Terästen slurry pot kokeessa tarkasteltu eroosio-korroosio käyttäytyminen on myös erilaista teräslaatujen välillä. Terästen mekaanisten ominaisuuksien ja eroosio-korroosio käyttäytymisen välillä havaittiin yhteys. Eroosio-korroosio käyttäytymiseen löydettiin tärkeimmät syyt systeemin muuttujista, kuten hiekkapartikkelien ja pinnan välisestä kosketuskulmasta.
Description
Supervisor
Bossuyt, Sven
Thesis advisor
Huttunen-Saarivirta, Elina
Keywords
tribocorrosion, low-alloy steels, corrosive wear, erosion-corrosion
Other note
Citation