Kutup kaynaklarının araştırılması ve kutup nakliyesinin gelişmesiyle birlikte, kutup ekipmanları için malzemelere ve aşırı ortamlarda hasara karşı koruyucu teknolojilere önemli bir ilgi gösterildi. Deniz mühendisliği çeliğinin korozyon koruma ihtiyaçlarını ve düşük sıcaklık koşullarında paslanmaz çelik performansının değerlendirilmesini ele almak için, FH316 çeliğinin yüzeyinde ostenitik paslanmaz çelik 2205L ve dubleks paslanmaz çelik 690 kaplamaları üretmek için lazer kaplama teknolojisi kullanıldı. Bu kaplamalar, Antarktika'daki Zhongshan İstasyonu'nun atmosferik ortamında bir yıllık maruz kalma testine tabi tutuldu. Sonuçlar, paslanmaz çelik kaplamaların deniz çeliği alt tabakasının korozyon oranını etkili bir şekilde azalttığını ortaya koydu. Numunelerin mikro yapısı, mikro sertliği, tribolojik davranışı, elektrokimyasal korozyon davranışı ve kutup düşük sıcaklık koşulları altındaki kararlılığı analiz edildi. Bulgular, 316L kaplamanın küçük çukurlaşma korozyonu, 2205 kaplamanın ise hafif seçici korozyon gösterdiğini gösterdi. Her iki kaplama da korozyon direncinde hafif bir azalma ile maruz kalmadan önceki mikro sertlik ve aşınma direnci seviyelerini korudu. Lazer kaplamalı paslanmaz çelik kaplamalar, Antarktika atmosferik maruziyet ortamında faz yapısı ve performansta kararlılık göstererek düşük sıcaklıktaki çelik alt tabakaya etkili koruma sağladı. Bu sonuçlar, kutup ekipmanlarında kullanılan malzemelerin çevresel uyumluluğunu değerlendirmek ve korozyona dayanıklı kaplama teknolojilerini ilerletmek için değerli destek sunmaktadır.

Son yıllarda, küresel ısınma, kaynak kıtlığı ve çevresel değişikliklerle birlikte, kutup kaynaklarının keşfi, kutup nakliyesinin ilerlemesi ve kutup çıkarlarının korunması dünya çapındaki ulusların giderek artan ilgisini çekmiştir. Araştırmalar, Arktik bölgesinin dünyanın gelişmemiş doğal gazının yaklaşık %30'unu ve gelişmemiş petrol rezervlerinin %13'ünü içerdiğini, Antarktika'nın ise Doğu Antarktika'nın buz örtüsünün altında bulunan ve tahmini rezervi yaklaşık 500 milyar ton olan dünyanın en büyük kömür sahasına ev sahipliği yaptığını ortaya koymuştur. Kutup bölgelerinin keşfi, geliştirilmesi ve korunması süreçlerinde, buz kırıcılar, açık deniz platformları ve kara istasyonları gibi yüksek performanslı kutup ekipmanlarının operasyonel performansı kritik öneme sahiptir. Ancak, kutup ortamı karmaşık ve serttir, Arktik'te yıllık ortalama sıcaklık yaklaşık -22.3 °C ve Antarktika kıtasında -28.9 °C ile -35 °C arasındadır. Yılın sadece 1 ila 4 ayı aylık ortalama sıcaklıkların 0°C ile 10°C arasında seyrettiği, aşırı hava koşullarının servis sıcaklıklarını -70°C'ye kadar düşürdüğü bir dönemdir. Kuru fırtınalar, yoğun ultraviyole radyasyon, donma-çözülme döngüleri ve fırtınalı kar yağışlarıyla birlikte kutup ekipmanları düşük sıcaklıktaki atmosfere maruz kalmaktan kaynaklanan uzun süreli ve ciddi korozyon hasarına maruz kalmaktadır. Buz kırıcılar, sondaj kuleleri ve depolama sistemlerindeki hareketli bileşenler için, stres ve aşınma yüklerinden kaynaklanan ek hasarlar da dikkate alınmalıdır. Sonuç olarak, kutup ekipmanları için malzemelerin çevresel uyumluluğu uzun zamandır kapsamlı akademik araştırmaların odak noktası olmuştur.

Günümüzde, kutup ekipmanları için metalik malzemeler öncelikle düşük sıcaklık çeliklerinden oluşmaktadır. Bunlar düşük sıcaklıklarda mükemmel tokluk ve kaynaklanabilirlik sergilemek üzere tasarlanmış yüksek performanslı çeliklerdir. Bunlar tipik olarak ferrit esaslı düşük alaşımlı çelikler ve Fe-Cr-Ni östenitik paslanmaz çelikleri içerir. Düşük alaşımlı düşük sıcaklık çelikleri, maliyet etkinlikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır ve genellikle mukavemeti, tokluğu, kaynaklanabilirliği artıran ve karbon içeriğini azaltan termomekanik kontrol süreci (TMCP) kullanılarak üretilir. Wang Chaoyi ve arkadaşları, TMCP ile üretilen kutup gemileri için 54 mm kalınlığındaki 460 MPa sınıfı düşük sıcaklık çeliği üzerinde batık ark kaynağı kullanarak kaynak deneyleri yürüttüler. -70°C'lik aşırı düşük bir sıcaklıkta, tek bir bainitik mikro yapıya sahip ısıdan etkilenen bölgeden alınan numunelerin gevrek kırılma sergilediğini, buna karşın çift fazlı ferrit-bainit mikro yapısına sahip taban malzemesinin daha yüksek kırılma mukavemeti ve çatlak yayılmasına karşı daha fazla direnç gösterdiğini buldular. Sun Shibin ve arkadaşları 36°C, -20°C ve -5°C'de değişen kalınlıklardaki TMCP FH20 deniz çelik levhalarının tribolojik davranışını araştırdılar. Bulguları, yüzey mikro yapısının öncelikle ferrit ve perlitten oluştuğunu, orta kalınlık bölgesinde ise ferrit, perlit ve granüler bainit bulunduğunu ortaya koydu. Mikro yapı, baskın mekanizma olarak aşındırıcı aşınma, yorulma ve adhesif aşınma ile birlikte olmak üzere sertliği ve aşınma direncini doğrudan etkiledi. Sıcaklık azaldıkça, lokalize yüzey sertliği arttı, ancak sürtünmeden kaynaklanan malzeme ayrılması aşınmayı şiddetlendirdi, bunun sonucunda daha geniş ve daha derin aşınma izleri ve artan aşınma hacmi oluştu. Li ve arkadaşları, simüle edilmiş bir kutup deniz atmosferi ortamında EH36 düşük sıcaklık çeliğinin erken korozyon davranışını incelediler ve korozyonun düşük sıcaklıklarda 0.47 g·m⁻²·h⁻¹ oranında hızlanmış bir fazda kaldığını kaydettiler. Yüksek dayanımlı FH690 düşük sıcaklık çeliği, mükemmel düşük sıcaklık mekanik özellikleri sunar; ancak, eşleşmiş aşınma-korozyon hasarının olduğu ortamlarda, gevşek ve gözenekli korozyon ürünleri sürtünmeli kesme kuvvetlerine direnemez ve açığa çıkan alt tabaka ile aşınma ürünleri arasındaki galvanik korozyon bozulmayı daha da hızlandırır. Düşük alaşımlı düşük sıcaklık çeliklerinin mikro yapısı ısı ve mekanik kuvvetler tarafından oluşturulan değişikliklere karşı hassastır ve bu da mekanik ve aşınma özelliklerinde kararsızlığa yol açar. Ek olarak, pasifleştirici elemanların yokluğu deniz Cl⁻ ortamlarında hızlı korozyona neden olur ve eşleşmiş aşınma-korozyon koşulları altında hizmet ömrünü önemli ölçüde azaltır.

Aşınma ve korozyon gibi malzeme hasarları genellikle yüzeyde başlar. Sert, düşük sıcaklıklı deniz mühendisliği çeliğinin yüzeyinde düşük sıcaklık aşınmasına ve korozyonuna karşı entegre dirence sahip yüksek performanslı kaplamalar üretmek için yüksek enerjili kiriş kaplama teknolojilerinin kullanılmasıyla, aşırı kutup ortamlarında mühendislik ekipmanlarının hizmet performansında önemli iyileştirmeler elde edilebilir. EH32 deniz çeliği alt tabakaları üzerine lazer kaplama yoluyla hazırlanan kaplamalar, -80°C'de düşük sıcaklıkta donma-korozyon testinden sonra alt tabaka ile karşılaştırıldığında üstün sertlik ve aşınma direnci göstermiştir. Uygun yüksek performanslı kaplama malzemelerinin seçimi, deniz çeliğinin hizmet ömrünü artırmak için kritik öneme sahiptir. Mükemmel korozyon direncine sahip paslanmaz çelik, düşük sıcaklıklı deniz çeliğinde pasifleştirici elementlerin eksikliğini giderir ve demir bazlı bir alaşım olarak kaplama işlemi sırasında sağlam metalurjik bağlanma sağlar. Austenitik paslanmaz çelik, düşük sıcaklıklarda sünek-gevrek geçişten yoksundur ve olağanüstü darbe tokluğu ve korozyon direnci sunar. Dubleks paslanmaz çelik, ikincil fazların kontrollü çökelmesiyle iyi tokluğu koruyarak daha yüksek mukavemet ve iyileştirilmiş aşınma direnci sağlar. Kutup iklimlerinin düzensiz değişkenliği, atmosferik maruziyet korozyon testlerinin simülasyonunu zorlaştırır ve kutup bölgelerinde uzun vadeli saha atmosferik maruziyetini en güvenilir değerlendirme yöntemi haline getirir.

Bu çalışma, kutup mühendisliği ekipmanları için malzeme gereksinimlerini ve aşırı ortamlarda hasara karşı koruma ihtiyacını ele almaktadır. Lazer kaplama teknolojisi, FH316 çeliğinin yüzeyinde ostenitik paslanmaz çelik 2205L ve dubleks paslanmaz çelik 690 kaplamaları üretmek için kullanıldı ve ardından Antarktika'daki Zhongshan İstasyonu'nun atmosferik ortamında maruz kalma testi yapıldı. Numunelerin mikro sertliği, tribolojik davranışı, elektrokimyasal korozyon davranışı ve kutup düşük sıcaklık koşulları altındaki kararlılığı, kutup ekipman malzemelerinin çevresel uyumluluğu ve korozyon koruması hakkında fikir vermek için analiz edildi. Antarktika atmosferik maruz kalma ortamında FH316 çeliği üzerindeki 2205L ve 690 lazer kaplamalarının koruyucu etkinliği araştırıldı.

Deneysel Hazırlık
1.1 Kaplama Hazırlığı ve Antarktika Maruziyet Koşulları
Bu deneyde kullanılan alt tabaka malzemesi 690 mm × 100 mm × 25 mm boyutlarında FH10 çeliğiydi. Yüzey önce düzgün çizikler elde etmek için 1500 grit zımpara kağıdı ile parlatıldı, ardından yüzeydeki kirleri ve yağı gidermek için susuz etanol ile ultrasonik temizlik yapıldı ve daha sonra kullanılmak üzere kurutuldu. 316 ila 2205 μm arasında değişen parçacık boyutlarına sahip 48L ve 74 paslanmaz çelik alaşım tozları kaplama malzemesi olarak seçildi ve kaplamadan önce 50 saat boyunca 24°C'de vakum ortamında kurutuldu.

Alaşımlı tozlar, yaklaşık 2 mm kaplama kalınlığı ve 50 mm × 25 mm düzlemsel boyut ile önceden ayarlanmış toz yöntemi kullanılarak alt tabaka yüzeyine düzgün bir şekilde uygulandı. Kaplama için maksimum 4000 kW çıkış gücüne sahip fiber-bağlı yarı iletken lazer (RECI Lazer, DAC4) kullanıldı. Kaplama parametreleri şu şekildeydi: 1.6 kW lazer gücü, 2 mm nokta çapı, 800 mm/dak tarama hızı, %25 örtüşme oranı ve argon atmosfer koruması. Kaplamadan sonra, kaplamalar alt tabakanın durumuna uyacak şekilde 1500 grit zımpara kağıdı ile parlatıldı, numune montajı için belirli yerlere delikler açıldı ve numunelerin başlangıç ​​durumu fotoğraflandı ve tartıldı.

Antarktika'da atmosferik maruziyet için numunelerin fiksasyonu, Şekil 14165'de gösterildiği gibi, numune yüzeyi yatay düzleme 2008° açıyla konumlandırılmış olarak GB/T 45-1 standardını izledi. Numuneler, 1 yıllık bir test süresi (Aralık 2022 - Aralık 2023) için Antarktika'daki Zhongshan İstasyonuna yerleştirildi. Numuneler alındıktan sonra fotoğraflandı ve korozyon ürünleri olanlar, ultrasonik temizlik için 100 mL HCl, 100 mL deiyonize su ve 0.3 g heksametilentetramin içeren bir pas giderme solüsyonuna daldırıldı. Numuneler daha sonra alkolle durulandı, kurutuldu, fotoğraflandı ve tartıldı. Numuneleri sonraki testler için 10 mm × 10 mm yüzey alanına sahip daha küçük numunelere işlemek için telli elektrik deşarj işleme kullanıldı.

1.2 Antarktika Maruziyetinden Önce ve Sonra Örnek Karakterizasyonu ve Performans Testi
Antarktika atmosferine maruz kalmadan önce ve sonra kaplamalar, taramalı elektron mikroskobu (SEM, ZEISS Gemini300), X-ışını enerji dağılımlı spektrometresi (EDS, Oxford INCA 80), X-ışını difraktometresi (XRD, Bruker D8 Advance) ve konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM, Keyence VK-X250) kullanılarak morfoloji, kompozisyon ve faz yapısı açısından karakterize edildi.

Mikrosertlik, kaplama yüzeyinde rastgele seçilen 1000 noktada, 20 g'lık uygulanan yük ve 200 saniyelik bekleme süresiyle bir Vickers mikrosertlik test cihazı (Veiyee QHV-15SPTA) kullanılarak ölçüldü. 20 ölçümün ortalaması, kaplamanın yüzey sertliği olarak alındı. Kaplamaların doğrusal kuru kayma tribolojik davranışı, 5000 N'luk uygulanan normal kuvvet, 10 saniyelik aşınma süresi, 1800 mm'lik ileri geri hareket mesafesi ve karşı yüzey olarak bir SiN seramik bilye (3 mm çap) ile çok işlevli bir sürtünme ve aşınma test makinesi (Rtec MFT-6.35) kullanılarak değerlendirildi. Aşınma izleri, üç boyutlu bir morfometre (Bruker Contour GT-K) kullanılarak analiz edildi. 10 ± 0.1°C'deki korozyon davranışı, %3000 ağırlıkça NaCl çözeltisinde üç elektrotlu bir sisteme sahip bir elektrokimyasal iş istasyonu (Gamry Reference 3.5) kullanılarak değerlendirildi: karşı elektrot olarak bir platin tel, referans elektrot olarak bir Ag/AgCl elektrot ve çalışma elektrodu olarak kaplama, 10 mm × 10 mm çalışma alanını açığa çıkarmak için epoksi reçinesine kapsüllendi. Açık devre potansiyeli (OCP) testi, 1800 s⁻¹ örnekleme frekansında 0.5 saniye boyunca gerçekleştirildi, ardından OCP'de 100 kHz ila 10 mHz frekans aralığında elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yapıldı. Potansiyodinamik polarizasyon, OCP'ye göre -1 V'luk bir başlangıç ​​potansiyelinden başlanarak ve anodik polarizasyon akım yoğunluğu 0.3 mA·cm⁻²'ye ulaştığında sona ererek 1 mV·s⁻¹ tarama hızında gerçekleştirildi ve Tafel polarizasyon eğrisi elde edildi. Her tribolojik ve elektrokimyasal test, doğruluğu sağlamak için en az üç kez tekrarlandı.

2 Sonuçlar ve Tartışma
2.1 Morfoloji ve Kütle Kaybı Analizi
Kaplamaların hazırlanmasından sonraki mikroskobik morfolojisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Her iki kaplama da alt tabaka ile tatmin edici metalurjik bağlanma elde etmiş, çatlaklar, gözenekler, kapanımlar veya arayüzde füzyon eksikliği gibi kusurlar olmaksızın düzgün ve yoğun yapılar sergilemiştir. Kaplamalardaki temel elementlerin kompozisyonel analizi Tablo 1'de sunulmuştur. Paslanmaz çelikteki kritik çukurlaşmaya dirençli elementler olan Cr ve Mo, aşındırıcı ortamlarda yoğun bir pasifleştirme filmi oluştururken, Ni birincil ostenit sabitleyici elementtir. Lazer kaplama, kaplama ile alt tabaka arasında metalurjik bağlanma sağlarken, alt tabakadaki elementlerin kaplamaya göç etmesiyle bir miktar seyreltme meydana getirir ve bu da iki paslanmaz çeliğin nominal kompozisyonlarına kıyasla biraz daha düşük Cr ve Ni içeriğiyle sonuçlanır.

Şekil 3, Antarktika'daki Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık maruziyetten ve pas giderildikten sonra iki paslanmaz çelik kaplamanın başlangıç ​​hallerindeki makroskobik morfolojisini göstermektedir. Başlangıç ​​hallerinde, FH690 çelik alt tabakası, 316L kaplama ve 2205 kaplama mükemmel yüzey özelliklerine sahip parlak metalik bir parlaklık (Şekil 3a, 3d) sergilemiştir. Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık maruziyetten sonra, kaplamalar çatlama veya delaminasyon olmadan alt tabakaya iyi bağlanmış halde kalmıştır. FH690 çelik alt tabakası korozyona uğramış, oksijenle reaksiyona girerek düzgün, gevşek bir oksit tabakası oluşturmuş ve metalik parlaklıktan kahverengimsi bir renk tonuna dönüşmüştür (Şekil 3b, 3e). FH690 çeliğinin deniz atmosferi ortamındaki birincil korozyon ürünleri arasında α-FeOOH, β-FeOOH ve Fe₃O₄ bulunur. Antarktika'da yere 45° açıyla konumlandırılan yağmur ve kar yağışı, FH690 alt tabakasındaki korozyon ürünlerinin kaplamalara akmasına ve bazı alanların gri-kahverengiye dönmesine neden oldu. Pas giderildikten sonra, kaplama yüzeylerindeki gri-kahverengi korozyon ürünleri kayboldu ve 316L ve 2205 kaplamalarının yüzey morfolojisi başlangıç ​​durumlarından minimum sapma gösterdi (Şekil 3c, 3f), bu da FH690 alt tabakasının etkili bir şekilde korunduğunu gösteriyor.

Antarktika atmosferik ortamında korozyondan sonra düşük alaşımlı çeliğin mikroskobik özellikleri, tipik olarak çatlaklar ve çukurlaşma özellikleriyle birlikte bloklu, lamelli veya taç yaprağı benzeri korozyon ürünleri oluşturduğu bildirilmiştir. Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonra iki paslanmaz çelik kaplamanın mikroskobik morfolojisi Şekil 4'te gösterilmiştir. 316L kaplama yüzeyi, çukurların içinde ve dışında metal element içeriğinde ihmal edilebilir farklılıklar olmasına rağmen, çok sayıda çukurlaşma deliği sergiledi, oksijen içeriği çukur duvarlarında daha yüksekti. Paslanmaz çelik, Cl⁻ korozyonuna direnmek için yoğun bir oksit filmi oluşturmak için Cr ve Mo gibi kolayca pasifleşen elementlere güvenir; daha yüksek oksijen içeriği, daha düşük pasifleşme filmi içeriğine sahip alanların öncelikli olarak korozyona uğradığı daha yoğun bir pasifleşme filmini gösterir. 2205 kaplama yüzeyi seçici korozyon özellikleri gösterdi; daha düşük Cr içeriğine sahip ostenit bölgeleri (B2) öncelikli olarak korozyona uğrarken, daha yüksek Cr içeriğine sahip ferrit bölgeleri (B1) daha yüksek oksijen seviyeleri ve üstün pasifleşme filmi kalitesi sergiledi.

Antarktika'daki Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonra iki paslanmaz çelik kaplamanın lazer konfokal morfolojisi Şekil 5'te gösterilmiştir. 316L kaplaması, bazı küçük çukurların birleşerek daha büyük çukurlara dönüştüğü, en derininin 12.89 μm'ye ulaştığı çok sayıda küçük çukurlaşma korozyon alanı sergiledi. Buna karşılık, 2205 kaplaması çukurlaşma korozyonu özelliği göstermedi, öncelikle hafif seçici korozyona uğradı ve mikroskobik morfolojisi, dubleks paslanmaz çeliğin karakteristik çift fazlı yapısını yansıttı.

İki paslanmaz çelik kaplamanın başlangıç ​​hallerinde ve Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonraki faz analizi (Şekil 6), 316L ve 2205 kaplamaların hem maruziyetten önce hem de sonra sırasıyla kararlı tek fazlı östenitik yapı ve çift fazlı östenitik-ferritik yapıyı koruduğunu ortaya koydu. Kaplama yüzeyleri, önemli miktarda korozyon ürünü birikimi olmaksızın yalnızca küçük bir korozyon yaşadı. Pasivasyon filminin kalınlığının tipik olarak 10 nm'yi geçmediği göz önüne alındığında, ek kırınım pikleri tespit edilmedi. Lazerle kaplanmış 316L ve 2205 kaplamalar, Antarktika atmosferik maruziyet ortamında faz kararlılığı gösterdi.

Yukarıdaki sonuçlara göre, numunelerde gözlenen korozyon ürünleri alt tabakadan kaynaklanırken, kaplamaların kendilerinde önemli bir değişiklik görülmemiştir. Numunelerin korozyon hızını araştırmak ve paslanmaz çelik kaplamaların koruyucu etkinliğini değerlendirmek için kütle kaybı yöntemi kullanılmıştır. Atmosferik maruziyet korozyon çalışmalarında, metalik malzemelerin korozyon kütle kaybı ve korozyon hızı aşağıdaki denklemler kullanılarak hesaplanır: burada ω birim alan başına korozyon kütle kaybını (g/m²), ν korozyon hızını (mm/a), m_t pas giderildikten sonraki numunenin kütlesini (g), m_0 maruziyetten önceki numunenin kütlesini (g), S numunenin yüzey alanını (cm²), ρ düşük alaşımlı çeliğin yoğunluğunu (yaklaşık 7.86 g/cm³) ve t maruziyet süresini (h) ifade eder.

İki kaplamanın koruması altında FH690 çeliğinin hesaplanan kütle kaybı ve ortalama korozyon hızı Şekil 7'de sunulmuştur. 316L kaplaması altında, FH690 çeliğinin kütle kaybı 12.5 mg·cm⁻², ortalama korozyon hızı 15.9 μm·a⁻¹ olmuştur; 2205 kaplaması altında, kütle kaybı 12.8 mg·cm⁻², ortalama korozyon hızı 16.3 μm·a⁻¹ olmuştur. Her iki kaplama da Antarktika atmosfer ortamında ihmal edilebilir düzeyde korozyon sergileyerek FH690 çelik alt tabakasına etkili koruma sağlamıştır. İki kaplama altındaki ortalama korozyon hızları neredeyse aynı olmuş, tüm kütle kaybı açığa çıkan alt tabakaya atfedilmiştir. Antarktika atmosferinde korunmasız 690 MPa dereceli deniz çeliğinin korozyon hızıyla (18.7 μm·a⁻¹) karşılaştırıldığında önemli bir azalma elde edilmiştir.

2.2 Mikrosertlik
Şekil 8, iki paslanmaz çelik kaplama yüzeyinin ortalama mikro sertliğini göstermektedir. 316L ve 2205 kaplamaların başlangıç ​​mikro sertlik değerleri sırasıyla 279.19 HV₀.₂ ve 392.77 HV₀.₂ idi. Tipik olarak, döküm 316L'nin mikro sertliği 200 HV₀.₂'yi geçmezken, döküm 2205'inki yaklaşık 300 HV₀.₂'dir. Lazer kaplamalı kaplamaların daha yüksek sertliği iki faktöre atfedilebilir: birincisi, lazer kaplama sırasında hızlı soğuma dendritik ve ince eş eksenli tane yapılarına neden olur ve tane inceltme güçlendirmesine katkıda bulunur; ikincisi, alt tabaka ile kaplama arasındaki metalurjik bağ, FH690 çeliğinden gelen elementlerin paslanmaz çelik kaplamalara karışmasına izin vererek sertliği artırır. Bu, Fe'nin seyreltildiğini ve diğer elementlerin içeriğinin azaldığını gösteren EDS sonuçlarıyla (Tablo 1) desteklenmektedir. Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonra, kaplamaların mikro sertliği neredeyse hiç değişmeden kalmış ve mükemmel çevresel uyum yeteneği göstermiştir.

2.3 Tribolojik Davranış
Şekil 9, Antarktika atmosferine maruz kalmadan önce ve sonra iki paslanmaz çelik kaplamanın tribolojik davranışını göstermektedir. Kuru kayma sürtünmesi koşulları altında, sürtünme katsayısı (COF) yaklaşık 300 saniye sonra sabitlenerek yaklaşık 0.7'lik sabit bir değere ulaştı. Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonra, 316L kaplamanın COF'u başlangıç ​​durumuna kıyasla hafifçe azalırken, 2205 kaplamanın COF'u değişmeden kaldı. Her iki kaplamanın aşınma hacim kaybı, maruziyetten önce ve sonra tutarlı kaldı; 2205 kaplama, 316L kaplamadan daha düşük aşınma hacmi sergiledi. 2205 kaplamanın aşınma izi profilleri, 316L kaplamanınkinden daha sığdı ve bu da üstün aşınma direncini gösteriyordu. 316L kaplama, kayan bilyenin basıncı altında plastik deformasyondan kaynaklanan aşınma izi kenarlarında belirgin sırtlar gösterdi. Kaplamaların aşınma oranı (μ), Archard denklemi kullanılarak hesaplandı: Burada V ölçülen aşınma hacim kaybı (mm³), N normal yük (N) ve d toplam kayma mesafesidir (m).

Şekil 9d'de gösterilen hesaplanan sonuçlar, 316L ve 2205 kaplamalarının aşınma oranlarının sırasıyla yaklaşık 8.35 × 10⁻⁶ mm³·N⁻¹·m⁻¹ ve 7.85 × 10⁻⁶ mm³·N⁻¹·m⁻¹ olduğunu göstermektedir. Antarktika atmosferine maruz kaldıktan sonra, her iki kaplamanın aşınma oranları maruziyet öncesi seviyelerinde kalarak kararlı aşınma direnci göstermektedir.

Şekil 10, Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık maruziyetten sonra iki paslanmaz çelik kaplamanın aşınma izi morfolojisini, Tablo 2'de sağlanan EDS nokta tarama sonuçlarıyla birlikte göstermektedir. 316L kaplamanın aşınma izi genişliği 565.72 μm iken, 2205 kaplamanınki 495.71 μm idi ve bu, 316L kaplama için gözlemlenen daha büyük kütle kaybıyla tutarlıdır. Morfolojik olarak, her iki kaplama da aşınma izlerinde sürme olukları ve transfer katmanları sergiledi ve bu da aşındırıcı ve yapışkan aşınmanın meydana geldiğini gösteriyordu. 316L kaplama, yapışkan aşınmanın daha belirgin olduğu daha yüksek bir transfer katmanı yaygınlığı gösterdi, buna karşın 2205 kaplama daha belirgin sürme olukları gösterdi ve bu da aşındırıcı aşınmanın baskın mekanizma olduğunu gösteriyordu. Transfer katmanları, Cr ve Mo gibi pasifleştirici elementlerin oksidasyonunu destekleyen ileri geri aşınma sırasında sürtünme ısısına atfedilen son derece yüksek oksijen içeriği sergiledi.

2.4 Elektrokimyasal Korozyon Davranışı
Şekil 11, Tablo 3'te listelenen elektrokimyasal korozyon parametreleriyle iki paslanmaz çelik kaplamanın potansiyodinamik polarizasyon eğrilerini göstermektedir. Zhongshan İstasyonu'nda 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonra, 316L kaplamanın potansiyodinamik polarizasyon eğrisi eğilimde minimal bir değişim gösterdi, ancak çukurlaşma bozulma potansiyeli (E_b, başlangıç ​​536.8 mV, maruziyet sonrası 503.7 mV) biraz daha erken kaydı ve pasif akım yoğunluğu (i_p) iki katına çıktı. 2205 kaplamanın pasifleşme aralığı (ΔE) yaklaşık 1300 mV olarak kaldı, ancak i_p maruziyet sonrası 2.455 μA·cm⁻²'den 4.177 μA·cm⁻²'ye çıktı. Maruziyet sonrasında hem 316L hem de 2205 kaplamaların korozyon direnci, aşındırıcı Antarktika atmosferinin neden olduğu yüzey kusurlarına atfedilerek farklı derecelerde azaldı.

Şekil 12, iki paslanmaz çelik kaplama için elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) sonuçlarını sunmaktadır. 1 yıllık atmosferik maruziyetten sonra, 12L ve 316 kaplamalarının Nyquist çizimleri (Şekil 2205a), yük transfer direncinde ve pasifleştirme filmi kararlılığında bir azalmayı gösteren azaltılmış kapasitif ark yarıçapları gösterdi. Bode çizimlerinde (Şekil 12b), genellikle çözeltideki malzemenin polarizasyon direncini yansıtan 0.1 Hz'deki empedans modülü (|Z|), her iki kaplama için de maruziyet sonrası azaldı ve bu da azaltılmış korozyon direncini gösteriyor. Ek olarak, orta frekans bölgesinde daha büyük bir faz açısı ve daha geniş bir aralık, daha fazla pasifleştirme filmi kararlılığını gösteriyor. Maruziyetten sonra, 316L kaplamanın orta frekans faz açısı daraldı ve azaldı, 2205 kaplamanınki de azaldı ve pasifleştirme filmi kalitesinde bir düşüşü yansıttı. Korozyon sürecinde iki zaman sabitinin varlığı göz önüne alındığında, Tablo 12'te gösterildiği gibi, verileri uydurmak için çift katmanlı bir model (Şekil 4a'da eklenmiştir) kullanılmıştır. Gözenekli dış katmanın empedansı (R_p), iç katmanın empedansından (R_c) önemli ölçüde düşüktü; bu da kaplamaların elektrot reaksiyon direncinin öncelikle yük transfer adımı tarafından yönetildiğini göstermektedir. Maruziyet sonrası, her iki kaplamanın R_c'si azaldı. Antarktika atmosferine maruz kaldıktan sonra korozyon direncinde hafif bir azalma olmasına rağmen, lazer kaplı kaplamalar kararlı bir pasifleşme durumu ve düşük korozyon oranını koruyarak düşük sıcaklıktaki deniz çeliğine etkili koruma sağlamaya devam etti.

3 Sonuç

Bu çalışmada, 316L ostenitik paslanmaz çelik ve 2205 dubleks paslanmaz çelik kaplamalar, düşük sıcaklıklı deniz çeliği FH690 alt tabakası üzerine lazer kaplama teknolojisi ile hazırlanmıştır. Kaplamalar, Antarktika'daki Zhongshan İstasyonunda 1 yıl boyunca atmosfere maruz bırakılmıştır. İki kaplamanın koruyucu etkisi, mikro yapısı, sertliği, sürtünmesi ve aşınması ve elektrokimyasal korozyon davranışı analiz edilmiştir. Sonuçlar aşağıdaki gibidir:

(1) 316L kaplamanın yüzeyinde hafif çukurlaşma meydana geldi ve 2205 kaplamanın yüzeyinde hafif seçici korozyon meydana geldi. Her iki paslanmaz çelik kaplama da kararlı bir faz yapısını koruyabilir, bu da FH690 çelik alt tabakasında iyi bir koruyucu rol oynar ve alt tabakanın atmosferik korozyon oranını azaltır.

(2) İki kaplamanın mikro sertliği neredeyse hiç değişmedi; sürtünme katsayısı yaklaşık 0.7'de sabit kaldı ve 316L ve 2205 kaplamaların aşınma oranları sırasıyla yaklaşık 8.35 ve 7.85×10-6 mm3·N-1·m-1'de tutuldu; 316L kaplama esas olarak yapışma aşınmasına maruz kalırken, 2205 kaplama esas olarak aşındırıcı aşınmaya maruz kaldı. İki kaplama da Antarktika'ya maruz kalmadan önce ve sonra kararlı mekanik ve aşınma direncini koruyabildi.

(3) İki kaplamanın yüzeyinde az miktarda korozyon kusuru oluşmuş, bu da pasif akım yoğunluğunda artışa, 316L kaplamanın erken bozulma potansiyeline ve iki kaplamanın pasifleştirme film empedansında azalmaya neden olmuştur, ancak yine de iyi bir pasifleştirme etkisi ve düşük bir korozyon oranı sağlanabilmiştir.