PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Exploring the role of grain refinement and graphene coatings in the corrosion resistance of AZ91 magnesium alloy

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Analiza wpływu zmniejszenia wielkości ziarna i zastosowania powłok grafenowych na odporność stopu magnezu AZ91 na korozję
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
The synergistic effects of grain refinement and graphene coating on the corrosion resistance of the AZ91 magnesium alloy were presented. The corrosion behavior of specimens with varying grain sizes (1 µm, 10 µm, 30 µm, and 100 nm) was evaluated before and after the application of the graphene coating. The results showed that grain refinement significantly improved corrosion resistance, with the nanostructured specimen (100 nm) exhibiting the lowest corrosion current density (Icorr) and the most positive corrosion potential (Ecorr), owing to a more uniform passive oxide layer and reduced galvanic coupling between the α-Mg matrix and β-Mg17Al12 phases. Furthermore, the graphene coating enhanced corrosion resistance by acting as an impermeable barrier against chloride ions, with the finestgrained specimen demonstrating strong adhesion and durability of the coating. Additionally, a 70% decrease in Icorr was achieved for the nanostructured specimen after graphene coating, highlighting the combined benefits of microstructural refinement and graphene reinforcement. SEM observations confirmed that coarse-grained specimens experienced localized corrosion, while nanostructured specimens showed minimal defects and superior performance. These results underscore the critical role of grain refinement in optimizing the effectiveness of graphene coatings for improved corrosion resistance in Mg alloys.
PL
Zbadano synergiczny wpływ rozdrobnienia ziarna i zastosowania powłoki grafenowej na odporność na korozję stopu magnezu AZ91. Oceniono zachowanie próbek o różnych rozmiarach ziarna (1 µm, 10 µm, 30 µm i 100 nm) przed i po naniesieniu powłoki grafenowej. Wyniki wykazały, że rozdrobnienie ziarna znacznie poprawiło odporność na korozję, przy czym próbka o strukturze nanometrycznej (100 nm) wykazała najniższą gęstość prądu korozyjnego (Icorr) i najbardziej dodatni potencjał korozyjny (Ecorr) dzięki bardziej jednolitej warstwie pasywnej tlenku i zmniejszonemu sprzężeniu galwanicznemu między matrycą α-Mg a fazami β-Mg17Al12. Ponadto powłoka grafenowa poprawiła odporność materiału na korozję, działając jako nieprzepuszczalna bariera dla jonów chlorkowych, a próbka o najdrobniejszym ziarnie wykazała silną przyczepność i trwałość powłoki. Dodatkowo po naniesieniu powłoki grafenowej uzyskano 70% spadek Icorr dla próbki nanostrukturalnej, co wskazuje na połączone korzyści wynikające z poprawy mikrostruktury i wzmocnienia materiału grafenem. Obserwacje SEM potwierdziły, że próbki o gruboziarnistej strukturze uległy korozji miejscowej, podczas gdy próbki z nanostrukturą wykazały minimalne wady i wysokie parametry użytkowe. Wyniki te podkreślają kluczową rolę rozdrobnienia ziarna w optymalizacji skuteczności powłok grafenowych pod kątem poprawy odporności stopów magnezu na korozję.
Rocznik
Tom
Strony
167--174
Opis fizyczny
Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.
Twórcy
  • Department of Applied Sciences, University of Technology-Iraq, Baghdad, Iraq
  • Department of Applied Sciences, University of Technology-Iraq, Baghdad, Iraq
  • Department of Applied Sciences, University of Technology-Iraq, Baghdad, Iraq
Bibliografia
  • [1] E. O. Olakanmi, M. Doyoyo. 2014. “Laser-assisted cold-sprayed corrosionand wear-resistant coatings: A review.” J. Therm. Spray Technol. 23(5): 765– 785. DOI: 10.1007/s11666-014-0098-x.
  • [2] Y. Zhou, Q. Li, A. Atrens, L. Wu. 2023. “Graphene-based anti-corrosion coatings on magnesium alloys: a review.” Surf. Eng. 39(4): 392–412. DOI: 10.1080/02670844.2023.2227441.
  • [3] M. T. Alam, T. Ahmad, A. M. Alshoaibi, A. Aziz, D. Husain, S. Ahmad. 2024. “Comprehensive Study on the Properties of AZ91/x-Si3N4 Composites for Their Prospective Application.” Appl. Sci. 14(11): 4444. DOI: 10.3390/app14114444.
  • [4] S. W. Hilal, H. A. Salam, M. A. H. Adi. 2015. “Synthesis and Characterization of Graphene by Raman Spectroscopy.” J. Mater. Sci. Appl. 1(3): 130–135. Available: http://www.aascit.org/journal/jmsa.
  • [5] A. Fattah-alhosseini, Z. Sangarimotlagh, M. Karbasi, B. Dikici. 2024. “Enhancing corrosion resistance in Mg‒based alloys through MOF‒incorporated coatings: A comprehensive review.” Appl. Surf. Sci. Adv. 21: 100607.
  • [6] F. M. Vivaldi et al. 2021. “Three-Dimensional (3D) Laser-Induced Graphene: Structure, Properties, and Application to Chemical Sensing.” ACS Appl. Mater. Interfaces. 13(26): 30245–30260. DOI: 10.1021/acsami.1c05614.
  • [7] Y. Wang, B. Zou, B. Rente, N. Alford, P. K. Petrov. 2023. “Deposition of Nanocrystalline Multilayer Graphene Using Pulsed Laser Deposition.” Crystals 13(6): 1–7. DOI: 10.3390/cryst13060881.
  • [8] Z. Le, Z. Liu, X. He, Y. Cheng, P. Hu, Y. Cheng. 2023. “Influence of Cathodic Polarization on Plasma Electrolytic Oxidation of Magnesium and AZ31 and AZ91 Magnesium Alloys.” Coatings 13(10): 1736. DOI: 10.3390/coatings13101736.
  • [9] A. I. Ikeuba et al. 2024. “A review of the electrochemical and galvanic corrosion behavior of important intermetallic compounds in the context of aluminum alloys.” RSC Advances 14(43): 31921–31953. DOI: 10.1039/d4ra06070a.
  • [10] A. Nag et al. 2022. “Graphene-based wearable temperature sensors: A review.” Mater. Des. 221: 110971. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110971.
  • [11] S. Chen et al. 2011. “Oxidation resistance of graphene-coated Cu and Cu/Ni alloy.” ACS Nano 5(2): 1321–1327. DOI: 10.1021/nn103028d.
  • [12] J. Ruhkopf et al. 2023. “Graphene Coating of Nafion Membranes for Enhanced Fuel Cell Performance.” ACS Appl. Eng. Mater. 1(3): 947–954. DOI: 10.1021/acsaenm.2c00234.
  • [13] S. Yao et al. 2019. “Effect of manganese on microstructure and corrosion behavior of the Mg-3Al alloys.” Metals (Basel) 9(4): 1–21. DOI: 10.3390/met9040460.
  • [14] J. Zhao, C. You, M. Chen, S. Lyu, D. Tie, H. Liu. 2021.“Effect of calcium oxide particle size on microstructure and properties of AZ91 Mg alloy.” J. Alloys Compd. 886: 160970. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160970.
  • [15] S. Qu et al. 2009. “Microstructural evolution and mechanical properties of Cu-Al alloys subjected to equal channel angular pressing.” Acta Mater. 57(5): 1586–1601. DOI: 10.1016/j.actamat.2008.12.002.
  • [16] G. Song, A. Atrens. 2003. “Understanding magnesium corrosion – a framework for improved alloy performance.” Adv. Eng. Mater. 5(12): 837–858.
  • [17] H. T. Hussein, U. M. Nayef, A. M. A. Hussien. 2019. “Synthesis of graphene on porous silicon for vapor organic sensor by using photoluminescence.” Optik (Stuttg). 180: 61–70. DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.10.222.
  • [18] M. R. Mohammad, A. M. Abdul Hussien, R. R. Ghanim. 2019. “Synthesis of Graphene Oxide Using Simplified Hummer’s Method for Antibacterial Application.” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 518(6): 062012. DOI: 10.1088/1757-899X/518/6/062012.
  • [19] C.-H. Shih, C.-Y. Huang, T.-H. Hsiao, C.-S. Lin. 2023. “The effect of the secondary phases on the corrosion of AZ31B and WE43-T5 Mg alloys.” Corros. Sci. 211: 110920.
  • [20] G. L. Song, A. Atrens. 1999. “Corrosion mechanisms of magnesium alloys,” Adv. Eng. Mater. 1(1): 11–33.
  • [21] G. Meng et al. 2015. “Effect of microstructures on corrosion behavior of nickel coatings:(I) abnormal grain size effect on corrosion behavior.” J. Mater. Sci. Technol. 31(12): 1186–1192.
  • [22] K. D. Ralston, N. Birbilis. 2010. “Effect of grain size on corrosion: A review.” Corrosion 66(7): 0750051–07500513. DOI: 10.5006/1.3462912.
  • [23] Q. Tian et al. 2019. “Nano-to-Submicron Hydroxyapatite Coatings for Magnesium- based Bioresorbable Implants – Deposition, Characterization, Degradation, Mechanical Properties, and Cytocompatibility.” Sci. Rep. 9(1): 1–27. DOI: 10.1038/s41598-018-37123-3.
  • [24] H. Q. Ang. 2017. Mechanical properties and deformation behaviour of highpressure die-cast magnesium-aluminium based alloys.” RMIT University Melbourne, Australia.
  • [25] A. Fattah-alhosseini, R. Chaharmahali. 2021. “Enhancing corrosion and wear performance of PEO coatings on Mg alloys using graphene and graphene oxide additions: A review.” Flat Chem. 27(3): 100241. DOI: 10.1016/j.flatc.2021.100241.
  • [26] M. G. Strebl. 2023. Respirometric in Situ Monitoring of Corrosion. Friedrich- Alexander-Universitaet Erlangen-Nuernberg, Germany.
  • [27] C. Shuai, B. Wang, Y. Yang, S. Peng, C. Gao. 2019. “3D honeycomb nanostructure- encapsulated magnesium alloys with superior corrosion resistance and mechanical properties.” Compos. Part B Eng. 162: 611–620.
  • [28] G. Cui, Z. Bi, R. Zhang, J. Liu, X. Yu, Z. Li. 2019. “A comprehensive review on graphene-based anti-corrosive coatings.” Chem. Eng. J. 373: 104–121.
  • [29] R. K. S. Raman et al. 2012. “Protecting copper from electrochemical degradation by graphene coating.” Carbon N. Y. 50(11): 4040–4045.
  • [30] H. M. A. Amin, A. Galal. 2021. Corrosion protection of metals and alloys using graphene and biopolymer based nanocomposites. CRC Press.
  • [31] S. Singh, S. M. Shaikh, P. K. M. K. B. S. Murty, C. Srivastava. 2020. “Materialia Microstructural homogenization and substantial improvement in corrosion resistance of mechanically alloyed FeCoCrNiCu high entropy alloys by incorporation of carbon nanotubes.” Materialia 14(9): 100917. DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100917.
  • [32] Ahmed Sattar Jabbar Al–Zubaydi. 2015. High–Pressure Torsion Processing of AZ91 Magnesium Alloy. Dr. Diss., Univ. Southampton.
  • [33] M. Mohan, S. Singh, U. Pandel, K. Kumar, C. Srivastava. 2024. “Optimization of surface oxide chemistry for enhanced corrosion resistance of AlMnFeCoNi– Carbon nanotube composite coatings.” J. Alloys Compd. 1003: 175766.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-a0283591-f621-4056-808a-8932a337c6bf
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.