On the anodic polarization of 316 steel in a choline chloride : ethylene glycol deep eutectic solvent and its impact on the surface topography and corrosion resistance

• Autorzy: Winiarski Juliusz , Marczewski Marek , Urbaniak Martyna

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2021.1.1

Warianty tytułu

PL

O polaryzacji anodowej stali 316 w rozpuszczalniku eutektycznym chlorek choliny : glikol etylenowy i jej wpływie na topografię powierzchni i odporność na korozję

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents the possibility of the use of a deep eutectic solvents (DES) in the electropolishing process for 316 austenitic stainless steel, instead of highly aggressive conventional sulphate baths. The main emphasis was on finding some relationships between the anodic polarization parameters of the 316 steel, and its surface morphology, topography and corrosion resistance. It has been shown that an increase in the bath temperature from 25 to 65°C accelerates dissolution kinetics of 316 steel in a DES composed of choline chloride and ethylene glycol. The anodic polarization at a current density 15 mA cm–2 for 5 min resulted in removal of the scratches from previous mechanical polishing. By increasing the current density from 15 to 25 mA cm–2, some visual surface levelling was obtained – austenite grains became visible, and the selective etching of grain boundaries has not been observed. Although the samples after anodic polarization were characterized by Ra = 78 ±27 nm (at 15 mA cm–2) and Ra = 96 ±37 nm (at 25 mA cm–2), so a bit higher than Ra for as-supplied steel (43 ±11 nm), the anodic polarization has increased their corrosion resistance in 0.5 mol dm–3 NaCl corrosive environment. The highest polarization resistance (Rp = 2.1-2.4 MΩ cm2 after 22-24 hrs of exposure) was calculated for the steel polarized at 15 mA cm–2 for 5 min. Increasing the current density from 15 to 25 mA cm–2 did not impair the corrosion resistance and resulted in significant broadening of the passive region of this steel during registering the potentiodynamic polarization curves in 0.5 mol dm–3 NaCl.

PL

W pracy zaprezentowano możliwość użycia rozpuszczalników eutektycznych (deep eutectic solvents, DES) w procesie polerowania elektrochemicznego stali austenitycznej 316, w zastępstwie konwencjonalnych i agresywnych kąpieli siarczanowych. Uwagę skupiono na znalezieniu powiązań między parametrami procesu polaryzacji stali 316 a morfologią powierzchni, topografią i odpornością na korozję. Wykazano, że wzrost temperatury kąpieli z 25 do 65°C wpływa na wzrost szybkości roztwarzania stali 316 w rozpuszczalniku DES złożonym z chlorku choliny i glikolu etylenowego. Polaryzacja anodowa przy gęstości prądu 15 mA cm–2 w czasie 5 min spowodowała wyraźne usunięcie rys powstałych po mechanicznym szlifowaniu powierzchni. Poprzez zwiększenie gęstości prądu z 15 do 25 mA cm–2, uzyskano pewne wizualne wyrównanie powierzchni – ziarna austenitu zostały ujawnione, a jednocześnie nie zaobserwowano selektywnego roztwarzania w obrębie ich granic. Pomimo że po polaryzacji anodowej stal charakteryzowała się chropowatością Ra = 78 ±27 nm (przy 15 mA cm–2) i Ra = 96 ±37 nm (przy 25 mA cm–2), a więc nieco więcej niż wartość Ra w stanie dostarczenia (43 ±11nm), to polaryzacja w rozpuszczalniku DES zwiększyła jej odporność na korozję w 0,5 mol dm–3 roztworze NaCl. Najwyższą wartość rezystancji polaryzacji (Rp = 2.1-2.4 MΩ cm2 po 22-24 godzinach ekspozycji) obliczono dla stali polaryzowanej przy 15 mA cm–2 przez 5 min. Zwiększenie gęstości prądu z 15 do 25 mA cm–2 nie pogorszyło odporności na korozję, a skutkiem tego było poszerzenie zakresu pasywnego w trakcie rejestracji krzywych polaryzacyjnych w 0,5 mol dm–3 roztworze NaCl.

Słowa kluczowe

EN

anodic polarization; electropolishing; stainless steel; deep eutectic solvents; topography; corrosion resistance

PL

polaryzacja anodowa; elektropolerowanie; stal nierdzewna; rozpuszczalnik eutektyczny; topografia; odporność na korozję

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 1
• Strony: 3--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Winiarski Juliusz

• Department of Advanced Material Technologies, Faculty of Chemistry, Wrocław University of Science and Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland.

autor

Marczewski Marek

• Department of Advanced Material Technologies, Faculty of Chemistry, Wrocław University of Science and Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland.

autor

Urbaniak Martyna

• Department of Advanced Material Technologies, Faculty of Chemistry, Wrocław University of Science and Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland.

Bibliografia

• [1] Abbott Andrew P., Karl S. Ryder, Uwe Konig. 2008. “Electrofinishing of metals using eutectic based ionic liquids”. Transactions of the Institute of Metal Finishing 86 (4) : 196–204.
• [2] Abbott Andrew P., Gero Frisch, Karl S. Ryder. 2013. “Electroplating Using Ionic Liquids”. Annual Review of Materials Research 43 (1) : 335–358.
• [3] Abbott Andrew P., Glen Capper, Katy J. McKenzie, Andrew Glidle, Karl S. Ryder. 2006. “Electropolishing of stainless steels in a choline chloride based ionic liquid: an electrochemical study with surface characterisation using SEM and atomic force microscopy”. Physical Chemistry Chemical Physics 8 (36) : 4214–4221.
• [4] Abbott Andrew P., Glen Capper, Katy J. McKenzie, Karl S. Ryder. 2006. “Voltammetric and impedance studies of the electropolishing of type 316 stainless steel in a choline chloride based ionic liquid”. Electrochimica Acta 51 (21) : 4420–4425.
• [5] Gadelmawla Elamir S., Monir M. Koura, Talal M. A. Maksoud, Ibrahiem M. Elewa, H.H. Soliman. 2002. “Roughness parameters”. Journal of Materials Processing Technology 123 : 133–145.
• [6] Hagen Marianne van der, Jill Jarnberg. 2009. “The Nordic Expert Group for Criteria Documentation of Health Risks from Chemicals: 140. Sulphuric, hydrochloric, nitric and phosphoric acids”. Arbete och Halsa 43 (7) : 1–122.
• [7] Hou Yuanyuan, Ruiqian Li, Jun Liang, Peibo Su, Pengfei Ju. 2018. “Electropolishing of Al and Al alloys in AlCl3/trimethylamine hydrochloride ionic liquid”. Surface and Coatings Technology 335 : 72–79.
• [8] Hou Yuanyuan, Ruiqian Li, Jun Liang. 2018. “Simultaneous electropolishing and electrodeposition of aluminum in ionic liquid under ambient conditions”. Applied Surface Science 434 : 918–921.
• [9] Kao Pinshen, Hong Hocheng. 2003. “Optimization of electrochemical polishing of stainless steel by grey relational analysis”. Journal of Materials Processing Technology 140 : 255–259.
• [10] Karim Wrya, Andrew P. Abbott, Salih Cihangir, Karl S. Ryder. 2018. “Electropolishing of nickel and cobalt in deep eutectic solvents”. Transactions of the Institute of Metal Finishing 96 (4) : 200–205.
• [11] [Kityk Andriy A., Vyacheslav S. Protsenko, Felix I. Danilov, O. V. Kun, Sergiy A. Korniy. 2019. „Electropolishing of aluminium in a deep eutectic solvent”. Surface and Coatings Technology 375 : 143–149.
• [12] Lochyński Paweł, Sylwia Charazińska, Edyta Łyczkowska-Widłak, Andrzej Sikora, Maciej Karczewski. 2018. “Electrochemical Reduction of Industrial Baths Used for Electropolishing of Stainless Steel”. Advances in Materials Science and Engineering 2018 (3) : 1–11.
• [13] Matlosz Michael, Dieter Landolt. 1989. “Shape changes in electrochemical polishing: The effect of temperature on the anodic leveling of Fe-24Cr”. Journal of the Electrochemical Society 136 (4) : 919–929.
• [14] Mohan S., D. Kanagaraj, R. Sindhuja, S. Vijayalakshmi, N.G. Renganathan. 2001. “Electropolishing of Stainless Steel—a Review”. Transactions of the Institute of Metal Finishing 79 (4) : 140–142.
• [15] Moshrefi Reza, Mohammad G. Mahjani, Ali Ehsani, Maryam Jafarian. 2011. “A study of the galvanic corrosion of titanium/L 316 stainless steel in artificial seawater using electrochemical noise (EN) measurements and electrochemical impedance spectroscopy (EIS)”. Anti-Corrosion Method and Materials 58 (5) : 250–257.
• [16] Rahman Zia ur, Kashif M. Deen, Lawrence Cano, Waseem Haider. 2017. “The effects of parametric changes in electropolishing process on surface properties of 316L stainless steel”. Applied Surface Science 410 : 432–444.
• [17] Smith Emma L., Andrew P. Abbott, Karl S. Ryder. 2014. “Deep Eutectic Solvents (DESs) and Their Applications”. Chemical Reviews 114 (21) : 11060– 11082.
• [18] Tzaneva Boriana. 2013. “Effect of pH on the corrosion behaviour of high nitro gen stainless steel in chloride medium”. Journal of Chemical Technology and Metallurgy 48 (4) : 383–390.
• [19] Yang G., B. Wang, K. Tawfiq, H. Wei, S. Zhou, G. Chen. 2017. “Electropolishing of surfaces: theory and applications”. Surface Engineering 33 (2) : 149–166.
• [20] Zhang Qinghua, Karine De Oliveira Vigier, Sebastien Royer, Francois Jerome. 2012. “Deep eutectic solvents: syntheses, properties and applications”. Chemical Society Reviews 41 (21) : 7108–7146.
• [21] Zhao Hui, Jan Van Humbeeck, Jurgen Sohier, Ivan De Scheerder. 2003. “Electrochemical polishing of 316L stainless steel slotted tube coronary stents: An investigation of material removal and surface roughness”. Progress in Biomedical Research 8 (2) : 70–81.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).