SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Masoud Atapoor
کيوان رئيسي (استاد راهنما) مسعود عطاپور (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Heydarian
علي حيدريان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
The effect of sodium fluoride additive and electrical parameters including waveform and potential on corrosion performance of the PEO coatings grown on AZ91 magnesium alloy in aluminate bath
Magnesium and its alloys have been considered for answering the growing demands for using light metals in traortation industry, because It shows unique properties such as low density, high strength to weight ratio, good electromagnetic insulation, tremendous dimensional durability, high dampening and good machining. Hence, these alloys are widely used in industries such as automotive, spacecraft, and communications. However, high activity of magnesium has reduced the corrosion and wear properties of magnesium and its alloys. Plasma electrolytic oxidation is a modern surface engineering technique that has recently attracted industry’s attention for modifying the surface of light metals such as aluminum, titanium and magnesium by creating a ceramic oxide coating. Many coating parameters affect the morphology, structure and corrosion properties of these coatings. Among these, the electrolyte composition and electrical parameters such as voltage and the waveform have a significant effect on the structure and properties of these coatings. In this study, plasma electrolytic oxidation method was used to treat AZ91 magnesium alloy in an aluminate electrolyte to increase corrosion resistance. In order to evaluate the role of modification of coating composition, sodium fluoride salt was added to form a stable phase of magnesium fluoride, and also two voltages of 350 and 400 volts and three waveforms including unipolar, bipolar with 20% and 40% cathodic cycles were selected. The bipolar waveform with 40% cathodic duty cycle could receive a higher current density that indicating the ability of this waveform to continue the coating growth while the current density reached to zero in unipolar waveform and coating was stopped after 100 seconds. The presence of magnesium fluoride in all coatings was confirmed whereas the bipolar waveforms with 40% cathodic duty cycle along with 20% cathodic duty cycle could produce high content of magnesium fluoride in the coating. also, these waveforms were able to create a coating with less defects and low porosity which increased the compaction and thickness of the coating. The results of corrosion tests involving potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy were in agreement with the changes observed in morphology and structure, where the samples coated at 400V using the bipolar waveforms did not show an induction loop up to 3 days and were able to exhibit high corrosion resistance. Finally, the coating that formed by the bipolar waveforms with 40% cathodic cycle at higher voltages (400 volts), represent more magnesium fluoride phases and high thickness due to its modified morphology, and could reveal the highest corrosion resistance up to 28 days immersion in a 3.5 wt% sodium chloride solution, where there was no sign of underlying corrosion in this coating. Therefore, increasing the cathodic duty cycle of the bipolar waveforms and increasing the coating voltage can improve the corrosion performance of the plasma electrolytic oxidation coatings of AZ91 magnesium alloy in aluminate bath
به منظور پاسخ به نيازهاي روز افزون به استفاده از فلزات سبک در صنعت حمل و نقل، منيزيم و آلياژهاي آن بسيار مورد توجه قرار گرفته اند چرا که داراي خواص بي نظيري از جمله چگالي کم، نسبت استحکام به وزن بالا، عايق خوب الکترومغناطيس، مقاومت ابعادي بالا، دمپينگ بالا و ماشين کاري خوب است. از اين رو اين آلياژها در صنايعي همچون اتومبيل سازي، فضاپيماها و ارتباطات کاربرد وسيعي يافته اند. با اين حال اکتيويته ي بالاي منيزيم موجب تضعيف خواص خوردگي و سايشي منيزيم و آلياژهاي آن شده است. اکسيداسيون الکتروليتي پلاسمايي يک روش نوين مهندسي سطح است که اخيراً توجه صنعت را براي عمليات سطح فلزات سبک نظير آلومينيوم، تيتانيوم يا منيزيم از طريق ايجاد يک پوشش اکسيد سراميکي به خود جلب کرده است. پارامترهاي پوشش دهي زيادي بر مورفولوژي، ساختار و خواص خوردگي اين پوشش ها تاثير مي گذارد که از اين بين، ترکيب الکتروليت و پارامترهاي الکتريکي نظير ولتاژ و شکل موج پوشش دهي تاثير بسزايي بر ساختار و خواص اين پوشش ها دارد. در اين پژوهش از روش اکسيداسيون پلاسمايي الکتروليتي براي پوشش دهي آلياژ منيزيم AZ91 در الکتروليت آلوميناتي جهت ايجاد مقاومت به خوردگي استفاده شد. به منظور بررسي اصلاح ترکيب پوشش، نمک سديم فلورايد براي تشکيل فاز پايدار منيزيم فلورايد اضافه شد و همچنين دو ولتاژ 350 و 400 ولت و سه شکل موج تک قطبي، دو قطبي با 20 درصد و 40 درصد چرخه کاري کاتدي انتخاب شدند. شکل موج دو قطبي با 40 درصد چرخه کاري کاتدي توانست جريان پوشش دهي بالاتري را دريافت کند که نشان از توانايي اين شکل موج در ادامه ادامه دادن فرايند پوشش دهي داشت، در صورتي که در شکل موج تک قطبي، پس از 100 ثانيه، جريان به صفر رسيد و پوشش دهي متوقف شد. حضور ترکيب منيزيم فلورايد در تمامي پوشش ها تاييد شد، با اين تفاوت که شکل موج هاي دو قطبي با 40 درصد چرخه کاري کاتدي و بعد از آن 20 درصد چرخه کاري کاتدي توانستند مقادير بيشتري از اين ترکيب را در پوشش خود ايجاد کنند. همچنين توانستند پوششي با عيوب و تخلخل کمتر، ضخيم تر، فشرده تر را ايجاد کنند که به طور خاص از ايجاد کانال هاي تخليه متصل به زيرلايه جلوگيري کند. نتايج آزمون هاي خوردگي شامل پلاريزاسيون پتانسيوديناميک و طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي منطبق بر مورفولوژي و ساختار ايجاد شده بود به طوري که نمونه هاي پوشش داده شده با ولتاژ 400 ولت و شکل موج دو قطبي تا 3 روز غوطه وري از خود حلقه القايي نشان ندادند و توانستند مقاومت به خوردگي بالايي از خود نشان دهند. در نهايت پوشش حاصل از شکل موج دو قطبي با 40 درصد چرخه کاري کاتدي در ولتاژ بالاتر (400 ولت) به واسطه مورفولوژي اصلاح شده، حضور بيشتر ترکيب منيزيم فلورايد و ضخامت بيشتر، توانست برترين مقاومت به خوردگي را تا 28 روز غوطه وري در محلول 5/3 درصد کلريد سديم نشان دهد به طوريکه همچنان هيچ گونه اثري از خوردگي زيرلايه در اين پوشش مشاهده نشد. لذا افزايش چرخه کاتدي شکل موج دوقطبي و افزايش ولتاژ مي توانند منجر به بهبود عملکرد خوردگي پوشش هاي اکسيداسيون الکتروليتي پلاسمايي حاصل از حمام آلوميناتي بر آلياژ منيزيم شود.