Zn-Ni electro deposition and DLC coating on Mg AM60B alloy to improve corrosion properties

Magnesium alloys have excellent characteristics, such as high strength/weight ratio, low density, high damping capability, good castability, machinability, and are extensively used in automotive, aerospace, electronic and communication industries. However, the electrochemical potential of magnesium is very negative. Owing to their high chemical reactivity and poor corrosion resistance, magnesium alloys suffer a great limitation of their widespread applications. It is of great importance to increase the wear and corrosion resistance of magnesium alloys via surface treatment. It has been pointed out and emphasized in many articles in regard to metal coatings for Mg alloys that “metal coating/Mg substrate” system is typical cathodic coating on an anodic substrate since most metals are nobler than Mg. Therefore, metal coatings on Mg alloy substrate are only physical barriers against the corrosion environment. The coating must be uniform, adherent, and pore-free. Penetrating defects in the coating will accelerate the corrosion speed of Mg substrate and results in peeling off of the coating. What makes things complicated is that compared with other substrate, Mg alloy is hard to plate due to two main reasons. First, Mg alloys show high reactivity with air to form passive oxide layer, which must be removed before plating. Second is the rapid dissolution of Mg in most plating solution . The development of non-traditional plating baths is essential and careful pretreatments are indispensable. And therefore a suitable pretreatment is important for plating and quality of coating. The Magnesium alloy of our work is AM60B. A pretreatment, electroless deposition of Ni, electrochemical Zn-Ni deposition with varying time and DLC coating were applied to the AM60B magnesium alloy to improve its corrosion and wear resistance. The XRF images revealed the presence of Zn and Ni after the deposition process. The X-ray diffraction patterns cannot detect the presence of Zn-Ni, on the other hand SEM images reveal the presence of Zn and Ni and they are present on the substrate as globules and are discontinuous. The coated samples were subjected to potentiodynamic polarization tests in a 5 wt% NaCl solution and from the potentiodynamic curves the sample with pretreatment, electroless deposition of Ni, electrochemical Zn-Ni deposition with time 40 min shows better corrosion resistance than the other treatments. Tribological tests were carried out to check the effect of DLC on wear resistance and the test results showed that there is no improvement in wear resistance. The main protective effect of the DLC coating is noted in the cathodic region of the potentiodynamic curves

Le leghe di magnesio hanno caratteristiche eccellenti, come: alto rapporto resistenza / peso, bassa densità, elevato smorzamento, buona colabilità e lavorabilità; sono ampiamente utilizzate nei settori automobilistico, aerospaziale, della comunicazione, dell’elettronica, ecc. Tuttavia, il potenziale elettrochimico di magnesio è molto negativo. A causa della loro elevata reattività chimica e della loro scarsa resistenza alla corrosione, le leghe di magnesio trovano ancora molte limitazioni per l’applicazione in numerosi settori. E' di grande importanza effettuare trattamenti superficiali per aumentare la resistenza all'usura e alla corrosione delle leghe di magnesio. E' stato evidenziato in molti articoli in materia di rivestimenti metallici che, per le leghe di Mg, l’accoppiamento "rivestimento metallico / substrato di Mg" porta ad avere uno ricoprimento a comportamento catodico su un substrato a comportamento anodico, questo perché la maggior parte dei metalli è più nobile del Mg. Pertanto i rivestimenti metallici su substrato in lega di magnesio fungono solo da barriera fisica contro un ambiente corrosivo; inoltre il rivestimento deve essere uniforme, aderente e privo di pori. La presenza di difetti nel rivestimento incrementa la velocità di corrosione e questo porta al distacco dei rivestimenti. Ciò che rende ulteriormente complicata la deposizione di rivestimenti su substrati in magnesio, rispetto ad altri materiali, è riassumibile in due punti: - innanzitutto, le leghe di Mg mostrano un’elevata reattività con l'aria e questo porta alla formazione di uno strato di ossido passivo, che deve essere rimosso prima di procedere alla deposizione; - secondo, la rapida dissoluzione delle leghe di Mg quando queste vengono poste in contatto con le soluzioni di deposizione. Lo sviluppo di bagni di deposizione non tradizionali diventa essenziale e sono indispensabili accurati pretrattamenti. La lega di magnesio da noi utilizzata è la AM60B, per questa lega sono stati studiati e selezionati diversi pretrattamenti e deposizioni elettrolitiche di Ni e Zn-Ni. Inoltre sono stati applicati rivestimenti DLC alla lega di magnesio AM60B per migliorare la sua resistenza alla corrosione e all'usura. L’analisi XRF ha rivelato la presenza di Zn e Ni dopo il processo di deposizione. Gli spettri di diffrazione di raggi X non riescono ad evidenziare la presenza di Zn-Ni, mentre le immagini SEM rivelano la presenza di Zn e Ni che sono presenti sul substrato come globuli e sono discontinui. I campioni rivestiti sono stati sottoposti a prove di polarizzazione potenziodinamiche in soluzione al 5% in peso di NaCl. Dalle curve potenziodinamiche si nota che il campione con pretrattamento, deposizione autocatalitica di Ni, deposizione elettrolitica di Zn-Ni della durata di 40 min mostra una migliore resistenza alla corrosione rispetto agli altri trattamenti. Sono state effettuate prove tribologiche per verificare l'effetto della presenza di DLC sulla resistenza all'usura ed i risultati delle prove hanno mostrato che non vi è un miglioramento della resistenza all'usura. L’effetto protettivo del rivestimento di DLC si evidenzia principalmente nel tratto catodico delle curve potenziodinamiche.