Corrosion protection of ZM21 magnesium alloys by plasma electrolytic oxidation

ABSTRACT The magnesium and its alloys are among the lightest group of engineering metals due to its low density and high strength to weight ratio. The use of magnesium alloys has considerably grown in the last decade especially in the fields of aerospace, automotive, electronic, transportation and biomedical applications. However, high susceptibility to corrosion limits the broad application of magnesium alloys, and therefore, the corrosion protection of magnesium alloys is of major concern in practical conditions. Therefore, several types of surface coatings have been developed to provide corrosion protection for magnesium alloys such as electrodeposition, chemical conversion, organic coatings, chemical vapour deposition, physical vapour deposition and plasma electrolytic oxidation. Plasma Electrolytic Oxidation(PEO) is an electrochemical surface treatment to produce a porous hard ceramic-like oxide coating on magnesium and its alloys, leading to significantly enhanced wear and corrosion resistance. This coating can mitigate the corrosion and favour the adhesion for post-treatment coatings to further improve the corrosion resistance. In this PEO process sparking occurs when processing voltage exceed the dielectric breakdown voltage of the oxide film. The natural oxide film breakdown at sparking voltage and alloyed with the elements contained in the electrolyte. Therefore, the structure and composition of the oxide coating can be significantly changed according to processing parameters and electrolyte composition. The present study is on PEO of ZM21 magnesium alloy coatings fabricated by using alkaline electrolyte containing Phosphate, silicate, borate components with and without addition of Potassium hydroxide (KOH) as an additive. The fabrication of coatings done at different processing parameters such as potential [60-200V], limiting current [1-10A], processing time [2-15 min], cell temperature [0-30°C]. The relation between thickness of the coating and charge density is reported. The best coatings are evaluated by OCP and Potentio dynamic polarization test in 3.5 wt% NaCl solution at different soaking rates and scan rates are investigated. The optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffractometry also done on best samples for the comparison at different processing conditions.

ASTRATTO Il magnesio e le sue leghe sono tra i gruppi di metalli di ingegneria più leggeri.L'uso di leghe di magnesio è cresciuto considerevolmente nell'ultimo decennio, specialmente nei settori dell'aerospaziale, automobilistico, elettronico, dei trasporti e delle applicazioni biomediche. Tuttavia, l'elevata suscettibilità alla corrosione limita l'ampia applicazione delle leghe di magnesio e, pertanto, la protezione dalla corrosione delle leghe di magnesio è di grande importanza nelle condizioni pratiche. Pertanto, sono stati sviluppati diversi tipi di rivestimenti superficiali per fornire protezione dalla corrosione per le leghe di magnesio quali elettrodeposizione, conversione chimica, deposizione fisica in fase vapore e ossidazione elettrolitica al plasma. L'ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) è un trattamento superficiale elettrochimico per la produzione di un rivestimento poroso di ceramica simile all'ossido su magnesio e sue leghe, che porta a una maggiore resistenza all'usura e alla corrosione. Questo rivestimento può mitigare la corrosione e favorire l'adesione per i rivestimenti post-trattamento per migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione. In questo processo PEO si verifica una scintilla quando la tensione di elaborazione supera la tensione di scarica dielettrica del film di ossido. La rottura del film di ossido naturale alla tensione di accensione e in lega con gli elementi contenuti nell'elettrolita. Pertanto, la struttura e la composizione del rivestimento di ossido possono essere modificate in modo significativo in base ai parametri di lavorazione e alla composizione dell'elettrolito. Il presente studio è su PEO di rivestimenti in lega di magnesio ZM21 fabbricati utilizzando elettroliti alcalini contenenti fosfato, silicato, componenti di borato con e senza aggiunta di idrossido di potassio (KOH) come additivo. La fabbricazione di rivestimenti eseguiti con diversi potenziali di elaborazione [60-200V], densità di corrente [1-10A], tempo di elaborazione [2-15 min], temperatura della cella [0-30°C]. Viene riportata la relazione tra spessore del rivestimento e densità di carica. I migliori rivestimenti sono valutati mediante OCP e il test di polarizzazione dinamico Potentio in soluzione di NaCl 3,5% in peso a diverse percentuali di ammollo e le velocità di scansione sono studiate. La microscopia ottica, la microscopia elettronica a scansione e la diffrattometria a raggi X vengono eseguite anche sui migliori campioni per il confronto in diverse condizioni di elaborazione.