Plasma electrolytic oxidation of aluminium 6082: effect of electrical process parameters on corrosion protection

Aluminium is the material used in this work, the specific alloy is Al 6082, composed by Al-Mg-Si widely used in automotive and aero spatial application, taking part of the group 6XXX alloys in which the main alloying elements are magnesium and silicon. The main problem is that it suffers from corrosion, specifically from the pitting caused by chlorides, which is a form of localized corrosion that produces a very quick loss of metal. This material is treated with Plasma Electrolytic Oxidation (PEO), that is a process in which we have the conversion of a metallic substrate into an oxide coating, thanks to the application of high voltage in alternated current regime (AC) to a sample immersed in an aqueous alkaline electrolyte. A possible base solution composed of KOH and NaOH. The aim of this study is to evaluate the performances in terms of corrosion resistance of different samples that have been treated with different conditions such as voltage and frequency history. Then, samples are characterized by different electrochemical tests such as Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Linear Polarization Resistance (LPR) and Potentiodynamic polarization (PDP) to measure their corrosion resistance, the coating performance and to state which, among the different electrical histories applied to the samples was the most effective. Finally other characterization methods were used: X-Ray Diffraction (XRD) to identify the coating composition and Scanning Electronic Microscopy (SEM) to identify the porosity and the thickness of the coating. The final goal of the study was to optimize the PEO electrical parameters (frequency and voltage profile) that gives the best coating in terms of corrosion behaviour and compactness. Among all the parameters analysed, the ones who gave the best coating in terms of corrosion resistance was the Voltage ramp, with Vmax = 350 V at the frequency of 20 Hz in alternated current regime with voltage cycle of 60%-40%-7.

Il materiale utilizzato in questo lavoro è l’alluminio, più specificatamente la lega di alluminio Al 6082 (Al–Mg–Si), appartenente alla serie 6XXX, è ampiamente utilizzata nei settori automobilistico e aerospaziale grazie alle sue buone proprietà meccaniche e di formabilità. Tuttavia, la sua suscettibilità alla corrosione localizzata, in particolare la corrosione per vaiolatura (pitting) indotta dagli ioni cloruro, produce una veloce perdita del metallo limitandone l’uso in ambienti aggressivi. Per mitigare questo problema, è stato applicato un trattamento di Ossidazione Elettrolitica al Plasma (PEO) sulla superficie della lega. Questo processo consente la conversione del substrato metallico in un rivestimento in ossido protettivo tramite l’applicazione di alta tensione in corrente alternata (AC) in un elettrolita alcalino acquoso, costituito in questo caso da una soluzione composta da KOH e NaOH. L’obiettivo di questo studio è stato quello di valutare la resistenza alla corrosione di campioni di Al 6082 trattati con diverse condizioni elettriche del processo PEO, variando profili di tensione e frequenza. La caratterizzazione elettrochimica è stata effettuata mediante Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica (EIS), Resistenza alla Polarizzazione Lineare (LPR) e Polarizzazione Potenzio Dinamica (PDP), al fine di determinare le prestazioni del rivestimento e il comportamento alla corrosione. Sono state inoltre condotte analisi complementari tramite Diffrazione a Raggi X (XRD) per l’identificazione della composizione del rivestimento e Microscopia Elettronica a Scansione (SEM) per la valutazione della morfologia, porosità e spessore dello strato di ossido. I risultati hanno mostrato che il trattamento PEO più efficace corrisponde al profilo di tensione a rampa, con una tensione massima di 350 V e una frequenza di 20 Hz in regime di corrente alternata, utilizzando un ciclo di tensione 60%–40%–7%. Questa condizione ha prodotto il rivestimento più compatto e resistente alla corrosione, evidenziando la forte influenza dei parametri elettrici sulla qualità dell’ossido ottenuto tramite PEO.