EVALUATION OF DEGRADATION BEHAVIOR IN DISSOLVABLE MAGNESIUM STRUCTURES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Saqlain Thesis) Saqlain_thesis_final_signed.pdf Restricted to Repository staff only until 7 January 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

تُعد سبائك المغنيسيوم القابلة للذوبان من المواد التي يُنظر إليها بشكل متزايد للاستخدام في التطبيقات الجوفية، إلا أن توسع استخدامها يتطلب فهماً واضحاً لسلوك تدهورها تحت التأثير المشترك للظروف الحرارية والكيميائية والميكانيكية في بيئات الخدمة الفعلية لضمان أداء موثوق. تناولت هذه الدراسة سلوك التدهور لسبيكة المغنيسيوم من خلال ZK60 مرحلتين متكاملتين شملتا اختبارات غمر باستخدام الأوتوكلاف عند درجات حرارة مرتفعة في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 3% وزناً لتقييم تأثير درجة الحرارة ومعدل الجريان، واختبارات كهروكيميائية لعينات خضعت لإجهاد ضاغط مسبق لدراسة التآكل الناتج عن التشوه. استُخدمت تقنيات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS)، وحيود الأشعة السينية (XRD) لتوصيف مورفولوجيا التآكل والطبقات السطحية، في حين استُخدمت اختبارات الجهد عند الدارة المفتوحة (OCP)، والتحليل الطيفي للممانعة الكهروكيميائية (EIS)، والاستقطاب الديناميكي الجهدي (PDP) لتحديد الحركيات الكهروكيميائية للتآكل. أظهرت النتائج أن درجة الحرارة هي العامل المسيطر، حيث انتقل التآكل من سلوك محكوم بالانتشار عند درجات حرارة 25–100 °م إلى انحلال سريع واسع النطاق عند 200 °م نتيجة عدم استقرار الطبقة السطحية والتنشيط الحراري، بينما أدى الجريان إلى زيادة اضطراب السطح دون تأثير كبير على معدل التآكل الكلي. كما أثّر الإجهاد المسبق بشكل ملحوظ على الاستقرار الكهروكيميائي، حيث بلغ التآكل ذروته عند إجهاد مقداره 6% نتيجة التوأمة الكثيفة وارتفاع تركيز العيوب البلورية، في حين أظهر إجهاد 9% انخفاضاً طفيفاً في شدة التآكل مع بقائه أعلى من حالة العينة غير المجهدة.

English Abstract

Dissolvable magnesium alloys are increasingly considered for downhole use, but as their adoption grows, a clear understanding of how they degrade under the combined thermal, chemical, and mechanical conditions of real service environments is essential for ensuring reliable performance. This study investigated the degradation behavior of ZK60 magnesium alloy through two complementary phases: high-temperature autoclave immersion in 3 wt.% NaCl to assess the effects of temperature and flow, and electrochemical testing of compressively pre-strained samples to evaluate deformation-induced corrosion. Scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize corrosion morphology and surface films, while open-circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and potentiodynamic polarization (PDP) quantified electrochemical kinetics. The results showed that temperature was the dominant factor, with corrosion transitioning from diffusion-controlled behavior at 25–100 °C to rapid bulk dissolution at 200 °C due to film instability and thermal activation. Flow increased surface disruption but had only a modest effect on the overall corrosion rate. Pre-straining significantly altered electrochemical stability, with corrosion peaking at 6% strain due to dense twinning and high defect concentration, while 9% strain showed slightly reduced but still elevated activity.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Albinmousa, Jafar
Committee Members:	Toor, Ihsan Ul Haq and Uddin, Shihab
Depositing User:	SAQLAIN ZAID (g202315050)
Date Deposited:	08 Jan 2026 04:51
Last Modified:	08 Jan 2026 04:51
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143997