Corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy after short-duration Plasma Electrolytic Oxidation and sealing treatments

Magnesium (Mg) alloys are attractive for lightweight structural applications because of their low density and high specific properties. However, their poor corrosion resistance remains a major limitation for large-scale applications. Plasma electrolytic oxidation (PEO) is a promising surface treatment for Mg alloys, since it can generate ceramic-like coatings with improved protective properties. Nevertheless, the intrinsic porosity and microdefects of PEO layers may still allow electrolyte penetration, making additional post-treatments necessary. The present work investigates the corrosion behaviour of AZ31 magnesium alloy after short-duration PEO and subsequent sealing treatments. PEO was performed in a silicate-based electrolyte in potentiostatic bipolar mode for a total duration of 3 minutes. PEO-coated samples were subjected to sealing treatments in a zinc nitrate/sodium nitrate bath at 80 °C for 15 or 30 minutes. A set of specimens sealed for 15 minutes was subsequently immersed for 15 minutes in a solution containing a metavanadate corrosion inhibitor at 50 °C. The coated samples were characterized by SEM/EDS and XRD. Corrosion behaviour in 20 ppm Cl- and 3.5 wt% NaCl solutions was assessed by potentiodynamic polarization, linear polarization resistance and electrochemical impedance spectroscopy tests. The results indicate that the PEO coating consists of a porous outer layer and a dense inner layer and is mainly composed of MgO and Mg2SiO4. Sealing post-treatments produce only a limited number of localized deposits, likely due to the relatively low treatment temperature, and lead to heterogeneous vanadium incorporation. The fabricated PEO coating reduces the corrosion current density by 2-3 orders of magnitude, while the applied sealing treatments do not provide further significant improvements.

Le leghe di magnesio (Mg) sono interessanti per applicazioni strutturali leggere grazie alla loro bassa densità e alle elevate proprietà specifiche. Tuttavia, la loro scarsa resistenza alla corrosione rimane un limite importante per le applicazioni su larga scala. L'ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) è un trattamento superficiale promettente per le leghe di Mg, poiché può generare rivestimenti ceramici con proprietà protettive migliorate. Tuttavia, la porosità intrinseca e i microdifetti dei rivestimenti PEO possono comunque consentire la penetrazione dell'elettrolita, rendendo necessari ulteriori post-trattamenti. Il presente lavoro studia il comportamento alla corrosione della lega di magnesio AZ31 dopo PEO di breve durata e successivi trattamenti di sigillatura. La PEO è stata eseguita in un elettrolita a base di silicati in modalità bipolare potenziostatica per una durata totale di 3 minuti. I campioni rivestiti sono stati sottoposti a trattamenti di sigillatura in un bagno a base di nitrato di zinco/nitrato di sodio a 80 °C per 15 o 30 minuti. Un set di campioni sigillati per 15 minuti è stato successivamente immerso per 15 minuti in una soluzione contenente un inibitore di corrosione a base di metavanadati a 50 °C. I campioni rivestiti sono stati caratterizzati mediante SEM/EDS e XRD. Il comportamento alla corrosione in soluzioni di 20 ppm Cl- e 3.5 wt% NaCl è stato valutato mediante test di polarizzazione potenziodinamica, resistenza di polarizzazione lineare e spettroscopia di impedenza elettrochimica. I risultati indicano che il rivestimento PEO è costituito da uno strato esterno poroso e da uno strato interno denso ed è composto principalmente da MgO e Mg2SiO4. I post-trattamenti di sigillatura producono solo un numero limitato di depositi localizzati, probabilmente a causa della temperatura di trattamento relativamente bassa, e portano all'incorporazione eterogenea di vanadio. Il rivestimento PEO fabbricato riduce la densità di corrente di corrosione di 2-3 ordini di grandezza, mentre i trattamenti di sigillatura applicati non apportano ulteriori miglioramenti significativi.