Study on the effects of plasma electrolytic oxidation PEO coatings and layered double hydroxide LDH sealing treatments on the corrosion behaviour of aluminium alloy 2024

Aluminium alloys are popular in many application fields thanks to their excellent properties and versatility. Aluminium-copper alloys, like AA2024, are widely used in the aircraft and aerospace industry and have outstanding mechanical properties; however, the presence of copper makes them susceptible to localized corrosion. Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) is a novel conversion coating technique able to rapidly create thick, durable and corrosion resistant oxide coatings on many metals through the ignition of plasma discharges under high-applied voltages in water-based electrolytes. PEO coatings, however, present large defects and pores, which limit their protective effects. Layered Double Hydroxides (LDH) sealing treatments aim to solve this problem through the deposition of lamellar structures that can seal the pores, capture aggressive species and store inhibitors. The focus of this thesis was to characterise PEO coatings formed on AA2024 in alkaline electrolytes containing silicates and vanadates, study the deposition of ZnAl LDH structures during sealing treatments, with or without the intercalation of vanadate inhibitors, and evaluate the corrosion behaviour of the PEO-coated and sealed samples in chlorides-containing aqueous environments. The characterisation of the PEO processes, coatings and LDHs was done through visual inspection, collection of the Current – Time profiles, XRD, SEM imaging and EDS mapping. The corrosion behaviour evaluation was done via Potentiodynamic Polarization (PDP), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Linear Polarization Resistance (LPR) in aqueous solutions with different chlorides concentrations. The results showed the formation of thick, but porous PEO oxides, which were able to protect AA2024 from corrosion only in low-chloride solutions. The short duration and low temperature of the sealing treatments led to a poor deposition of LDH structures, while the inhibitors intercalation was instead successful. The sealed coatings showed increased corrosion resistance but still failed in high-chloride solutions.

Le leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate in numerosi settori applicativi per via della loro versatilità e delle loro eccellenti proprietà. Le leghe alluminio-rame, come la AA2024, sono largamente impiegate nell’industria aerospaziale e presentano eccellenti proprietà meccaniche; tuttavia, la presenza del rame le rende suscettibili ai fenomeni di corrosione localizzata. L’Ossidazione Elettrolitica al Plasma (PEO) è una tecnica innovativa di rivestimento in grado di creare rapidamente rivestimenti a base di ossidi spessi, durevoli e resistenti alla corrosione su diversi metalli, attraverso l’applicazione di un’alta tensione e l’innesco di scariche al plasma in elettroliti acquosi. Tuttavia, i rivestimenti PEO presentano difetti e porosità significative, che ne limitano l’efficacia contro i fenomeni di corrosione. I trattamenti di sigillatura a base di Idrossidi Doppi Lamellari (LDH) mirano a risolvere questo problema mediante la deposizione di strutture lamellari capaci di sigillare i pori, catturare specie aggressive e immagazzinare inibitori. L’obiettivo di questa tesi è caratterizzare i rivestimenti PEO ottenuti su AA2024 in elettroliti alcalini contenenti silicati e vanadati, studiare la deposizione di strutture LDH durante i trattamenti di sigillatura ZnAl – LDH, con o senza l’intercalazione di inibitori a base di vanadati, e valutare il comportamento a corrosione dei campioni rivestiti mediante PEO e successivamente sigillati in ambienti acquosi contenenti cloruri. La caratterizzazione del processo PEO, dei rivestimenti e degli LDH è stata effettuata mediante ispezione visiva, acquisizione dei profili Corrente – Tempo, XRD, Microscopia SEM e mappatura tramite EDS. La valutazione del comportamento a corrosione è stata condotta mediante Polarizzazione Potenziodinamica (PDP), Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica (EIS) e Resistenza di Polarizzazione Lineare (LPR) in soluzioni acquose con differenti concentrazioni di cloruri. I risultati hanno mostrato la formazione di ossidi PEO spessi ma porosi, in grado di proteggere la lega AA2024 dalla corrosione solo in soluzioni a bassa concentrazione di cloruri. La breve durata e bassa temperatura dei trattamenti di sigillatura hanno portato ad una scarsa deposizione di strutture LDH, mentre l’intercalazione di inibitori è risultata invece efficace. I rivestimenti sigillati hanno mostrato una maggiore resistenza alla corrosione, ma hanno comunque fallito in soluzioni ad alta concentrazione di cloruri.