Electrochemical methods and processes for the development of automotive parts coatings

The research activity presented in the following doctoral dissertation is focused on the development of electrochemical: a) processes, in order to obtain coatings with superior performance for automotive and in particular brake system components; b) methods to characterize the performance of the above-mentioned coatings; and c) techniques to investigate corrosion phenomena of brake system. In this context, particular attention is devoted to the improvement of the corrosion resistance of Aluminum brake calipers by: 1) developing ad-hoc corrosion prevention strategies (e.g. anodic coatings or cathodic protection); and 2) studying the corrodibility of other components galvanically coupled with the caliper. In the first part of the dissertation, an introduction regarding the components included in a disc brake system and the related corrosion phenomena is provided. Detailed information regarding the anodization process of Aluminum brake calipers are also discussed. Then, the results are presented focusing on the corrosion protection of Aluminum brake calipers. In particular, the investigated topics include the: a) improvement of the corrosion protection capability of the anodic oxide layer through the use of pulsed anodization; b) scaling up process of anodization parameters from lab-scale specimens to a pilot anodization plant; c) effect of the microstructure of the Aluminum alloy on the anodization results; d) interplay between galvanic coupling and corrosion resistance in Aluminum brake calipers; and e) cathodic protection of primary and secondary Aluminum alloys used in brake caliper production. In the second part of the thesis, electrochemical methods are used to investigate corrosion phenomena which are typical of the disc brake system (pads and disc) as they could influence the corrosion resistance of the whole anodized brake caliper. This chapter includes: a) the study of the galvanic coupling between pads and disc; b) further insights about the corrosion phenomena in braking pads; and c) the investigation of the interplay between the cast iron brake disc corrodibility and its composition. Finally, conclusive remarks are provided.

L'attività di ricerca descritta nella tesi di dottorato è incentrata sullo sviluppo di: a) processi elettrochimici, col fine di ottenere rivestimenti ad alte prestazioni per componenti automotive, ed in particolare per parti dell’impianto frenante; b) metodi per caratterizzare le prestazioni dei suddetti rivestimenti; e c) tecniche per studiare i fenomeni di corrosione del sistema frenante. Particolare attenzione è dedicata al miglioramento della resistenza alla corrosione delle pinze freno in alluminio mediante lo: 1) sviluppo di strategie per prevenire la corrosione (ad esempio rivestimenti anodici o protezione catodica); e 2) studio della corrodibilità di altri componenti in accoppiamento galvanico con la pinza. La prima parte della tesi contiene l'introduzione. Essa descrive i componenti inclusi nell’impianto frenante a disco ed i relativi fenomeni di corrosione. In questo capitolo, particolare attenzione è dedicata al processo di anodizzazione delle pinze freno in alluminio. Successivamente, vengono presentati i risultati dell’attività di ricerca concentrandosi per prima cosa sulla protezione dalla corrosione delle pinze freno in lega di alluminio. Gli argomenti discussi sono: a) l’uso dell’anodizzazione pulsata per migliorare la capacità del ricoprimento anodico di proteggere l’alluminio dalla corrosione; b) lo scaling up dei parametri di processo di anodizzazione dalla scala di laboratorio all’impianto pilota; c) l’effetto della microstruttura della lega di alluminio sui risultati di anodizzazione; d) la correlazione tra accoppiamento galvanico e resistenza alla corrosione nelle pinze freno in alluminio; e e) la protezione catodica di leghe di alluminio primarie e secondarie utilizzate nella produzione di pinze freno. Nella seconda parte della tesi le tecniche elettrochimiche vengo utilizzate per studiare i fenomeni di corrosione tipici del sistema frenante a disco (con particolare riferimento a pastiglie e dischi), in quanto questi potrebbero influenzare anche la resistenza alla corrosione della pinza freno anodizzata. Questo capitolo comprende: a) lo studio dell'accoppiamento galvanico tra pastiglie e disco; b) un approfondimento sui fenomeni di corrosione nelle pastiglie freno; e c) lo studio della correlazione tra corrodibilità del disco freno in ghisa e la sua composizione. Nell’ultimo capitolo vengono raccolte le conclusioni della tesi.