Metavanadate conversion coating for carbon steel wires production

This thesis work focuses on the study of a coating to be applied on a carbon steel substrate, intended for forging processes. In this way, it is possible to protect the steel substrates from any corrosion processes that may occur, but also to make the lubrication of the forging process more effective, acting as lubricant carriers, and to improve the steel resistance to the very severe working conditions. In this thesis work, it has been researched an alternative solution to the traditional phosphating process in order to obtain a more environmental friendly process and a more material and money saving solution. Considering these principles, there are investigated the anti-corrosive properties of metavanadate-based conversion coatings, which are deposited with an elecroless process, in which the samples were immersed in a prepared metavanadate-based conversion bath, for a precise time interval. Moreover, it has been invetigated also the effects that process parameter, such as temperature, pH, concentration of the conversion bath and immersion time, have on the electrochemical properties, morphology and chemical composition of the coatings. In this way it is possible to define a coating deposition protocol that can reporduce the best anti-corrosive properties on the steel samples. To analize the changes in the corrosion properties of the different coatings, it has been performed a study of the polarization resitance (LPR) of the specimens immersed in different corrosive environments, allowing an accelerated corrosion process and obtaining, with the correct elaborations, the values of corrosion rate and resistance to polarization of the different coatings. From the resulting data there were chosen the samples which show the best corrosion behavior and it has been performed a characterization analysis. There were obtained in this way information about the composition, the surface morphology and the thickness of the conversion coatings. Thanks to these analyses it was also possible to have a better understand of the different coating behaviours in the immersed corrosion tests. To confirm the results of the corrosion and surface characterization analyses, electrochemical impedance analyses (EIS) were carried out, which provided corrosion resistance and thickness values of the coatings that are compared with those perviously obtained. Since the corrosion processes immersed in a solution is an extremely aggressive process and the real application of these coatings will be in an industrial atmosphere, it was decided to proceed with a corrosion study in atmosphere. Finally, the results of this new analyses are compared with the data obtained with the imersed tests.

Questo lavoro di tesi è incentrato sullo studio di un rivestimento superficiale da applicare su un acciaio al carbonio, destinato a lavorazioni di trafilatura. In questo modo è possibile proteggerlo dagli eventuali processi di corrosione che si possono verificare, ma soprattutto utili per rendere più efficace la lubrificazione del processo di trafilatura, agendo da portalubricante, e per migliorare la resistenza dell'acciaio ai carichi di lavoro molto severi, tipici di questi processi di lavorazione. Nel presente lavoro di tesi, si è ricercata una soluzione alternativa ai tradizionali processi di fosfatazione in modo da ottenere processo più compatibile con l'ambiente e meno costoso. Considerando questi principi, si sono studiate le proprietà anti-corrosive di rivestimenti a base di metavanadati depositati sulla superficie dell'acciaio al carbonio attraverso un trattamento senza l'uso di una corrente esterna, in cui i campioni sono stati immersi in un bagno preparato a base di metavanadati, per un preciso intervallo di tempo. Inoltre, sono stati approfonditi gli effetti che i parametri di processo, quali la temperatura, pH, concentrazione del bagno e tempo di immersione, possono avere sulle proprietà elettrochimiche, la morfologia e la composizione chimica dei ricoprimenti, così da definire un protocollo di deposizione del rivestimento che possa riprodurre sui campioni le migliori proprietà anti-corrosive. Per analizzare i cambiamenti delle proprietà di corrosione nei diversi rivestimenti, si è condotto uno studio della resistenza a polarizzazione (LPR) dei provini immersi in diversi ambienti corrosivi, consentendo così di accelerare il processo corrosivo e ottenere, grazie alle dovute elaborazioni, i valori di velocità di corrosione e resistenza a polarizzazione che caratterizzano i rivestimenti. Dai dati risultanti si sono scelti i candidati che mostravano un comportamento migliore e si sono sottoposti ad un'analisi di caratterizzazione così da ottenere informazioni sulla composizione, morfologia superficiale e spessore dei rivestimenti. Grazie a queste analisi è stato anche possibile una maggiore comprensione dei diversi comportamenti dei rivestimenti nei test di corrosione. A conferma dei risultati delle analisi di corrosione e di quelle di caratterizzazione superficiale, si sono condotte analisi di impedenza (EIS) che hanno fornito valori di resistenza a corrosione e di spessore dei rivestimenti, poi confrontati con quelli precedentemente ottenuti. Dato che il processo di corrosione in immersione è un processo estremamente aggressivo e dato che la reale applicazione di questi rivestimenti è in atmosfera, si è deciso di procedere con uno studio di corrosione in atmosfera dei rivestimenti che mostravano i migliori risultati nei test in immersione, confrontando infine i dati ottenuti.