Gemi demirleme zincirlerinin tribokorozyon davranışlarının incelenmesi

Abstract

Tribokorozyon, bir elektrolit içinde iki yüzeyin sürtünmesi sonucu oluşan mekanik aşınma ile korozyonun birleşiminden kaynaklanan bir malzeme bozunum sürecidir. Denizcilik sektöründe, özellikle gemi demirleme zincirlerinin baklaları arasında meydana gelen tribokorozyon, çukurcuk oluşumu, kazımalı aşınma gibi ciddi hasarlara yol açabilmektedir.Bu birleşik etki, demirleme zincirlerinde karmaşık bir aşınma ve korozyon mekanizmasının eş zamanlı oluşumuna sebebiyet vermektedir. Bu nedenle gemi demirleme zincirlerinde ortaya çıkan tribokorozyon davranışlarının anlaşılması ve önlenmesi önemlidir. Gemi demirleme zincirlerinde imalatının kolay olması ve ekonomikliği nedeniyle yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (HSLA) çelikler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte HSLA çeliklerin deniz suyu ortamındaki tribokorozyon davranışları konusunda oldukça sınırlı bir literatür söz konusudur. Bu nedenle HSLA çeliklerin tribokorozyon davranışlarının belirlenmesi ortaya çıkabilecek hasarların önlenmesi açısından önemlidir. Bu çalışmada, akma dayanımları uygulanan ısıl işlem neticesinde farklılık gösteren Grade 2 ve Grade 3 olarak isimlendirilenen, iki farklı kalitede HSLA demirleme zinciri çeliklerinin tribokorozyon ve kuru kayma aşınma davranışları incelenmiştir. Tribokorozyon testleri, ileri-geri hareket eden (ball-on-disc) tribometre cihazına entegre edilmiş üç elektrotlu bir potansiyostat sistemi kullanılarak yapılmıştır. Aşınma deneylerinde karşı cisim olarak 6 mm çapında (Al2O3) seramik bilya kullanılmıştır. Testler yüksüz (korozyon) ve 5 N’ luk yük altında (tribokorozyon) gerçekleştirilmiştir. Korozyon ve tribokorozyon deneylerinde, deniz suyunu simule etmek için distile su kullanılarak içerisinde %3,5 oranında NaCl bulunan bir çözelti hazırlanmış ve kullanılmıştır. Çalışmada incelenen malzemelerin tribokorozyon davranışlarını anlamak amacıyla açık devre potansiyeli (OCP), potansiyostatik ve potansiyodinamik yöntemler olmak üzere üç farklı elektrokimyasal test yöntemi kullanılmıştır. Potansiyodinamik taramalar -2 V ile 0,5 V potansiyel aralığında ve 1 mV/s tarama hızında yapılmıştır. Ayrıca zincir çeliklerinin OCP altındaki tribokorozyon davranışlarıyla birlikte (-1,5) V katodik ve 0,3 V anodik gerilimler altında potansiyostatik tribokorozyon davranışları da incelenmiştir. Demirleme zincir çeliklerinin atmosferik koşullardaki aşınması kuru kayma testleriyle belirlenmiştir.Tribokorozyon deneylerinden sonra aşınma izlerinin boyutları 3D-optik profilometre yardımıyla ölçülmüştür. Aşınan yüzeylerin morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Enerji Dağılımı Spektroskopisi (EDS) cihazı kullanılarak farklı büyütmelerde yüzey morfolojisi analiz edilmiştir.0,3 V anodik potansiyelde çukurcuk korozyonunun oluşumunda bir artış gözlemlenmiştir. Ayrıca, Cl iyonlarının mekanik etkiler sonucu oluşan çatlaklara sızmasına bağlı olarak ortaya çıkan tribokorozyon hasarları da gözlemlenmiştir. Çalışmada -1.5 V katodik potansiyel altında katodik koruma başarıyla sağlandığından korozyon ihmal edilebilir seviyelere indirgenmiş ve sadece saf mekanik aşınma nedeniyle malzeme kaybı azalmıştır.

Tribocorrosion is a material degradation process resulting from the combination of mechanical wear and corrosion caused by the friction of two surfaces in an electrolyte. In the maritime industry, tribocorrosion, especially between the links of ship mooring chains, can cause severe damage, such as pitting and abrasive wear. This combined effect leads to the simultaneous formation of a complex wear and corrosion mechanism in mooring chains. Therefore, it is essential to understand and prevent tribocorrosion behavior in ship mooring chains. High strength low alloy (HSLA) steels are widely used in ship mooring chains due to their ease of fabrication and economy. However, there is limited literature on the tribocorrosion behavior of HSLA steels in seawater environments. Therefore, it is vital to determine the tribocorrosion behavior of HSLA steels to prevent damage. This study investigated the tribocorrosion and dry sliding wear behaviors of two different grades of HSLA mooring chain steels, Grade 2 and Grade 3, whose yield strengths differ due to the heat treatment applied. Tribocorrosion tests were carried out using a three-electrode potentiostat system integrated into a ball-on-disc tribometer. A 6 mm diameter (Al2O3) ceramic ball was used as a counter body in the corrosion tests. The tests were carried out without load (corrosion) and under a load of 5 N (tribocorrosion). In the corrosion and tribocorrosion tests, a solution containing 3.5% NaCl was prepared using distilled water to simulate seawater. Three different electrochemical test methods, namely open circuit potential (OCP) and potentiostatic and potentiodynamic methods, were used to understand the tribocorrosion behavior of the studied materials. Potentiodynamic scans were performed in the potential range of -2 V to 0.5 V and at a scan rate of 1 mV/s. In addition to the tribocorrosion behavior of the chain steels under OCP, potentiostatic tribocorrosion behavior under (-1.5) V cathodic and 0.3 V anodic voltages was also investigated. Dry sliding tests determined the corrosion of mooring chain steels under atmospheric conditions. After the tribocorrosion tests, the dimensions of the wear scars were measured using a 3D-optical profilometer. Scanning electron microscopy (SEM) examined the corroded surfaces' morphology. Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) was used to analyze the surface morphology at different magnifications.At 0.3 V anodic potential, an increase in the formation of pitting corrosion was observed. In addition, tribocorrosion damage due to the infiltration of Cl ions into the cracks formed due to mechanical effects was also observed. Since cathodic protection was successfully achieved at -1.5 V cathodic potential, corrosion was reduced to negligible levels, and material loss due to pure mechanical wear was reduced.