Study of passivation on aluminium bronze alloy for marine application

Aluminium bronze is a family of alloys with a high aluminium content and with iron, nickel and manganese as the main alloying elements. This alloy is characterized by high mechanical strength, low melting point and good resistance to atmospheric and marine corrosion. For this reason, aluminium bronze is the preferred material for the production of marine propellers. Although there are no structural or corrosion problems, the most demanding customers have an additional aesthetic requirement because, after immersion, colored oxide spots form on the surface of the propeller, making it visually unattractive. Therefore, the objective of this thesis work is to determine the process to which the propeller needs to be subjected in order to obtain a uniform oxide layer on the surface that will allow the propeller to retain a uniform color even after use in sea. The choice is to immerse the propeller in a quiescent solution for a short period of time (maximum 4 weeks) to enable the company to apply this process at an industrial level and without a high capital investment. To evaluate the most advantageous solution several samples of the alloy in question were immersed in 5 selected solutions. This is followed by weight gain analysis of the samples, observation of the surface of the samples by optical microscope and SEM-EDS, XRD analysis, potentiodynamic tests and scratch tests. The results reveal that the best solution is to immerse the propeller for 3 weeks in synthetic seawater so that a uniform oxide layer is formed and persists even when the propeller is put into use in sea.

Il bronzo all’alluminio è una famiglia di leghe con un alto contenuto di alluminio e con ferro, nichel e manganese come principali elementi di lega. Questa lega è caratterizzata da un’elevata resistenza meccanica, un basso punto di fusione e una buona resistenza alla corrosione atmosferica e marina. Per questo motivo, il bronzo all’alluminio è il materiale preferito per la produzione di eliche marine. Nonostante non vi siano problemi strutturali o di corrosione, i clienti più esigenti richiedono un ulteriore requisito estetico in quanto, dopo l’immersione, sulla superficie dell’elica si formano delle macchie colorate di ossido che la rendono poco gradevole da un punto di vista visivo. Pertanto, l’obiettivo di questo lavoro di tesi è determinare il procedimento a cui è necessario sottoporre l’elica per ottenere uno strato di ossido uniforme sulla superficie che permetta di conservare un colore omogeneo dell’elica anche dopo l’impiego in mare. Si è scelto di immergere l’elica in una soluzione ferma per un periodo di tempo breve (massimo 4 settimane) per consentire all’azienda di applicare questo processo a livello industriale e senza un elevato investimento di capitale. Per valutare la soluzione più vantaggiosa diversi campioni della lega in questione sono stati immersi in 5 soluzioni selezionate. Successivamente si è proceduto con le analisi relative all’aumento di peso dei campioni, l’osservazione della superficie dei campioni al microscopio ottico e al SEM-EDS, l’analisi XRD, i test potenziodinamici e gli scratch test. I risultati hanno rilevato che la soluzione migliore è quella di immergere l’elica per 3 settimane in acqua di mare sintetica in modo che si formi uno strato di ossido uniforme che persista anche quando l’elica verrà messa in utilizzo in mare.