Bipolar plasma electrolytic oxidation treatments on CP titanium in phosphoric acid solution

Titanium, as reported in Chapter 1, has extraordinary mechanical characteristics and a remarkable corrosion resistance, which is one of the highest among all metals. For these reasons, it is one of the most studied metals in industries like automotive, food, medical, aerospace and petrochemical. The main forms of corrosion, the acidic environments considered, the thermodynamics and kinetics of corrosion processes will be discussed in the same chapter. The main treatments that can be applied to further enhance its corrosion resistance are described: chemical and thermal oxidation, ion implantation, grain refinement and anodization. The focus will be on why it is useful to anodize, the mechanism and the different types of anodization processes. Later in the chapter, the focus goes on pulsed anodizing. It is the key point of this work, as it generally allows to increase both uniform and localised corrosion resistance with a lower power consumption. In Chapter 2, the instrumentation used and the process parameters, the techniques chosen for the assessment of corrosion resistance and the study of the characteristics of anodized titanium specimens, are analysed. Pulsed anodizing is performed in the form of duty cycle, in particular have been investigated the 90A-10C and the 60A-40C, with cathodic peak 2% ,5%, 7%, 10%, at 350 V, in phosphoric acid 0.5 M, with a frequency of 20 Hz and 1000 Hz for each case. Each of the sixteen anodizing condition was repeated twice to ensure measurements repeatability, while recording the initial and final temperature of the solution and the anodizing current. As final analysis, electrochemical potentiodynamic tests have been performed on each sample. Chapter 3 will investigate and discuss the results of the tests listed in the previous chapter. The expectation is to achieve a better anticorrosive behaviour thanks to the application of a bipolar plasma electrochemical oxidation (PEO). However, the usage of high voltages probably masks the effects of the duty cycle frequency and cathodic peak, not bringing high improvements. According to these results, future works of the group will focus on the selection of most appropriate parameters. The conclusions of this work are reported exhaustively in Chapter 4.

Il titanio, come riportato nel Capitolo 1, possiede straordinarie caratteristiche meccaniche e una notevole resistenza alla corrosione, che è una delle più elevate tra tutti i metalli. Per questi motivi, è uno dei metalli più studiati in settori come automobilistico, alimentare, medico, aerospaziale e petrolchimico. Nello stesso capitolo vengono discusse le principali forme di corrosione, gli ambienti acidi considerati, la termodinamica e la cinetica dei processi di corrosione. Vengono descritti i principali trattamenti che possono essere applicati per migliorarne ulteriormente la resistenza alla corrosione: ossidazione chimica e termica, impiantazione ionica, affinamento del grano e anodizzazione. Il focus sarà sul perché è utile anodizzare, il meccanismo e i diversi tipi di processi di anodizzazione. Più avanti nel capitolo, l'attenzione si sposta sull'anodizzazione pulsata. È il punto chiave di questo lavoro, in quanto consente generalmente di aumentare la resistenza alla corrosione sia uniforme che localizzata con un minor consumo energetico. Nel Capitolo 2 si analizzano la strumentazione utilizzata ed i parametri di processo, le tecniche scelte per la valutazione della resistenza alla corrosione e lo studio delle caratteristiche dei provini in titanio anodizzato. L'anodizzazione pulsata viene eseguita sotto forma di duty cycle, in particolare sono stati studiati il ​​90A-10C e il 60A-40C, con picco catodico 2%, 5%, 7%, 10%, a 350 V, in acido fosforico 0,5 M , con una frequenza di 20 Hz e 1000 Hz per ogni caso. Ciascuna delle sedici condizioni di anodizzazione è stata ripetuta due volte per garantire la ripetibilità delle misurazioni, registrando la temperatura iniziale e finale della soluzione e la corrente di anodizzazione. Come analisi finale, su ogni campione sono stati eseguiti test di potenziamento elettrochimico. Il Capitolo 3 esamina e discute i risultati dei test elencati nel capitolo precedente. L'aspettativa è di ottenere un migliore comportamento anticorrosivo grazie all'applicazione di un'ossidazione PEO (Plasma Electrolytic Oxidation). Tuttavia, l'uso di alti voltaggi probabilmente maschera gli effetti della frequenza del ciclo di lavoro e del picco catodico, non apportando miglioramenti elevati. In base a questi risultati, i lavori futuri del gruppo si concentreranno sulla selezione dei parametri più appropriati. Le conclusioni di questo lavoro sono riportate esaurientemente nel Capitolo 4.