Actual examples and perspectivenes of corrosion protection of magnesium alloys

• Autorzy: Kwiatkowski L. , Pokhmurska H. , Lampke T. , Grobelny M. , Kapuścińska A.

Warianty tytułu

PL

Przykłady bieżących rozwiązań i perspektywy ochrony antykorozyjnej stopów magnezu

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach rośnie liczba nowych lub innowacyjnych zastosowań dla stopów magnezu, głównie z powodu niezwykle korzystnej proporcji wytrzymałości do wagi tego materiału. Niestety, magnez ma szereg niepożądanych właściwości, w tym słabą odporność na korozję i z tego powodu opracowanie trwałych systemów ochronnych pozostaje dla technologów nadal wyzwaniem. Główny problem wynika z faktu, że mechanizm korozji stopów magnezu zmienia się w zależności od rodzaju stopu, zanieczyszczeń pochodzących z procesu wytwarzania, z mechanicznej obróbki, środowiska oraz z potencjalnych zastosowań. Często proces korozji zawiera kilka jej rodzajów, które nakładając się na siebie utrudniają ocenę przebiegu tego procesu (korozja ogólna, wżerowa, bimetaliczna, nitkowa). To z kolei powoduje, że pochopny wybór technologii powłok ochronnych może być i zdarza się, że jest błędny. Są dwie główne metody inżynierii powierzchni, które modyfikują jej właściwości: fizyczne lub chemiczne. Na podstawie wyników badań przeprowadzonych przez autorów niniejszego opracowania przedstawiono przegląd wybranych propozycji technologicznych, jako priorytet biorąc pod uwagę poprawę odporności stopów magnezu na korozję. Przykładem pierwszej grupy metod są techniki nadtopienia powierzchni stopów magnezu za pomocą wiązki promieniowania o wysokiej energii i następnie szybkiego jej zestalenia. Wytwarza się tak warstwy powierzchniowe o znacznie zmniejszonej wielkości ziaren oraz faz międzymetalicznych. Na podstawie badań powierzchni stopów serii AZ poddanych obróbce laserowej lub strumieniem elektronów stwierdzono znaczną poprawę odporności na korozję ogólną. Podatność na korozję lokalną, np. wżerową oceniana na podstawie wartości potencjału korozji wżerowej Epit jest niejednoznaczna. W skali makro nie zaobserwowano poprawy, przy czym podstawowym miejscem występowania wad powodujących znaczny wzrost gęstości prądu były obszary nakładania się ścieżek wiązki nadtapiającej powierzchnię. Lepsze wyniki w odniesieniu do odporności na korozję lokalną uzyskano po obróbce chemicznej powierzchni w roztworach zawierających fosforan/nadmanganian. Uzyskane powłoki konwersyjne porównano z warstwami wytworzonymi w procesie zol-żel z mieszaniny silanów i substancji dodatkowych. W tym przypadku wytworzona powłoka w większym stopniu ograniczyła powierzchnię aktywną stopu i powodowała zmniejszenie korozji ogólnej w porównaniu z typowymi powłokami konwersyjnymi. Biorąc pod uwagę, że zastosowanie powłok konwersyjnych jest często etapem przygotowania powierzchni pod powłoki organiczne, zbadano i potwierdzono przydatność warstw silanowych w tym zastosowaniu dla stopu AZ91. Jedną najpopularniejszych w ostatnich kilku latach metodą ochrony powierzchni stopów Mg jest wytwarzanie warstw tlenkowych za pomocą utleniania anodowego, popularnie zwanego anodowaniem. Dotyczy to materiałów do zastosowań w warunkach korozji atmosferycznej, jak również związanych z względnie nowym obszarem zastosowań jakim są resorbowalne bioimplanty. W niniejszym artykule przedstawiono przykład właściwości ochronnych warstwy tlenkowej formowanej na powierzchni stopu AZ31 w procesie tzw. anodowania plazmowego lub iskrowego wraz ze wskazaniem dalszego kierunku prac. Dużym obszarem zastosowań stopów Mg może być przemysł motoryzacyjny i z tego względu szereg aktualnych technologii obróbki powierzchniowej powinno być zmodyfikowanych dla nowego rodzaju podłoża. Biorąc pod uwagę popularność i znaczenie elektrolitycznych powłok cynkowych w przemyśle samochodowym opanowanie procesu cynkowania dla stopów Mg jest jednym z ważniejszych celów naszych prac badawczych. W ich wyniku potwierdzono możliwość tworzenia jednolitych i stosunkowo szczelnych elektrolitycznych powłok cynkowych, ale tylko dla stopu AZ31. Opracowano dwustopniowy proces, nie wliczając tu specjalnego przygotowania powierzchni. W pierwszym etapie osadzano powłokę z kąpieli alkalicznej, natomiast w drugim etapie warstwę nawierzchniową cynku, którą osadzano z kąpieli kwaśnej. Uzyskano trzykrotne przedłużenie trwałości powłok w porównaniu z powłoką osadzoną tylko w roztworze alkalicznym. Dalsze podwyższenie odporności na korozję można osiągnąć stosując płukanie pasywujące lub powłoki konwersyjne przeznaczone do powierzchni cynkowych. Powłoki cynkowe lub cynkowo-aluminiowe są nanoszone na powierzchnie metalowe również za pomocą natryskiwania cieplnego. W przeprowadzonych badaniach nad odpornością korozyjną powłok Zn i Zn15%Al zbadano wpływ końcowej obróbki cieplnej za pomocą promieniowania IR. W ten sposób uzyskano poprawę odporności korozyjnej powłoki Zn15%Al na powierzchni stopu AZ31, podczas gdy powłoka Zn nie wykazała istotnych zmian właściwości ochronnych pod wpływem wymienionej obróbki cieplnej. Pomimo tego, że w wielu pracach, których przykłady podano wyżej, uzyskano znaczącą ochronę stopów Mg przed korozją, poważne problemy korozyjne nadal występują w przypadku mechanicznego uszkodzenia powłoki i odsłonięcia podłoża. Zatem dopiero opracowanie substancji wykazującej efekt samozaleczania powłok umożliwi szersze niż dotychczas zastosowanie stopów Mg.

EN

A growing number of new and innovative applications of Mg alloys is observed recently due to unique weight-strength ratio. Unfortunately, magnesium has also a number of undesirable properties including poor corrosion resistance. Therefore a development of more durable protective systems is concerned as the challenge. The main problem results front the fact that mechanism of corrosion of Mg alloys varies with a kind of alloy, impurities from mechanical processing, environment and from potential applications. Frequently, corrosion process contains complex steps of phenomena that overlap each other (general, pitting, bimetallic, filiform types of corrosion). There are two main kinds of surface engineering techniques that modify surface properties: physical or chemical treatment. Based on the own results a review of selected technologies was made taking into consideration improvement of corrosion resistance as the priority. The example of the first group of methods, high-energy beam surface melting of magnesium alloys, produces surface layers with a fine microstructure of significantly reduced dimensions of intermetallic precipitates. A resistance to general corrosion was improved as a result of this surface treatment for AZ91, AZ31 tested alloys. The susceptibility to pitting corrosion in terms of Epit value was not improved. Indications to improve pitting resistance arę discussed. Better results in terms of resistance to local corrosion were obtained after chemical surface treatment based on phosplate/permanganate process. Taking into account conversion coatings as a sub-layer for an organic coating, some examples of the phosphating process in comparison willi sol-gel appUed coating arę shown. In both cases an optimization of technological parameters is required, however, even for the time being corrosion resistance obtained is satisfactory. Since Mg alloys arę considering as a material of increasing use in automotive industry, electroplating of zinc coatings is taken into account. The possibility of formation of uniform and relatively dense zinc coating was confirmed for AZ31 alloy, only. A consecutive process is elaborated by two-step electro deposition. The first from alkaline bath is followed by the second step in acidic chloride bath. A dense and compact complex layer is obtained. The durability evaluated by electrochemical methods increases about three limes in comparison with a single coat obtained from alkaline bath. Further increase of corrosion resistance by a chemical post-treatment is indicated. Despite the fact that in many examples mentioned above a significant corrosion protection of Mg substrate is achieved a serious corrosion problem starts for the case of mechanical defect exposing Mg substrate. Using polymeric coatings containing special substances as corrosion inhibitors selectively leached from the coating at defect to the substrate/electrolyte interface, as the futiire approach is discussed.

Słowa kluczowe

PL

stopy Mg; korozja; inżynieria powierzchni; powłoki ochronne

EN

Mg alloys; corrosion; surface engineering; protective coatings

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 10
• Strony: 418--426
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Kwiatkowski L.

autor

Pokhmurska H.

autor

Lampke T.

autor

Grobelny M.

autor

Kapuścińska A.

• Centrum Korozyjne, Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

Bibliografia

• 1. B.A. Shaw, ASM Handbook Volume 13A, Corrosion: Fundamentals. Testing. and Protection. ASM International, Materials Park. Ohio 2003. 692.
• 2. E. Ghali. Corrosion Resistance of Aluminum and Magnesium Alloys. Understanding, Performance and Testing, John Wiley&Sons. Inc. 2010, 663.
• 3. F. Czerwinski, Magnesium Alloys - Corrosion and Surface Treatments. InTech. 2011.
• 4. K.U. Kainer. Magnesium Surface Treatment of Magnesium Substrates, 2005, 1064.
• 5. Magnesium Surface Treatment of Magnesium Substrales. Ed. K. U. Kainer. 2005. 1064.
• 6. J.I. Skar. Magnesium Technology. USA Magnesium Technology. Seattle, Washington. USA 2002.255-262.'
• 7. http: .www.magnesium.com.
• 8. S. G.Song et al., Corros. Sci., 39 (1997) 855.
• 9. G. Song, A. Atrens, Adv. Eng. Mater., 5 (2003)837.
• 10. N. Pebere, C. Riera. F. Dabosi. Electrochim. Acta. 35,2(1990)555.
• 11. R.K. Kalimullin et al.. Metals Sci. Heat Transfer, 5 (1988) 338.
• 12. A. Koutsomichalis. L. Saettas, H. Badekas. J. Mater. Sci.,29(1994) 6543.
• 13. D. Dube et al., Mater. Sci. Eng., A299 (2001) 38.
• 14. G. Galicia et al., Proc. of Eurocorr 2005. ISBN 972-95921-2-8, CD version, Lisbone 4-8 Sept. 2005.
• 15. L. Kwialkowski et al., Inż. Powierzchni, 2B (2005)191.
• 16. M. Kalisz. M. Grobelny, R. Mroczyński, Ochr. przed Koroz.. 55, 5 (2012) 262,
• 17. H. Umehara. M. Takaya, S. Terauchi. Mater. Sci. Forum. 419^122 (2003) pp. 883-888.
• 18. L. Kwiatkowski et al.. EFC Publications No 54. "Innovative, pre-treatment techniques to prevent corrosion of metallic surfaces Ed. L. Fedrizzi. H.Tetryn and A. Simoes. Woodhead Publishing Ltd., Cambridge. England. ISBN 978-1-84569-365-7. 2007^184.
• 19. L. Fedrizzi et al.. Electrochim. Acta, 46 (2001)3715.
• 20. A.L.K.Tan et al.. Surf. Coat. Technol., 198 (2005)478.
• 21. V. Bananco et al.. Progr. Org. Coat., 68 (2010)34'.
• 22. L. Kouisni et al.. Surf. Coat. Technol.. 185 (2004)58.
• 23. L. Kouisni et al.. Surf. Coat. Technol., 192 (2005)239.
• 24. L.Y. Niu et al., Surf. Coat. Technol.. 20 (2006)3021.
• 25. P. Schmutz et al., Proc. of the Electrochem. Soc. Symp. Critical Factors in Localized Corrosion IV". Eds. S. Yirtanen, P. Schmuki. G.S. Frankel. The Electrochemical Society. Pennington. NJ. PV 2003-24 (2003) 202.
• 26. H. Umehara. Terauchi. M. Takasa, Mater. Sci. Forum. 350-351 (2000). 273.
• 27. L. Bai, D. Li. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 14(2004)120.
• 28. Keronite Ltd.. http:/.www.keronile.com/.
• 29. A new generation of biodegradable implants obtained by means of advanced surtace treat- ments. MNT ERA NET 2009, w tym Projekt BioMg finansowany przez NCBiR.
• 30. J.E. Gray. B. Luan. J. Alloys Comp., 336 (2002)88.
• 31. J.L. Luo, X. Cui, J. Alloys Comp., 264 (1998) 299.
• 32. J. Chen et al.. ibid, 280 (1998), 290.
• 33. H, Pokhmurska et al.. GaKanisches Yerzinken von Magnesiumlegierunien. Zinc-Plating of Magnesium Alloys. Materiał wissenschaft und Werkstofftechnik. 38, 2 (2007) 181.
• 34. B. Wielage et al. Proc. ITSC 2005. Basel, CH. DVS-Verl., Dusseldorf 2005, 154.
• 35. L. Ho. Surf. Coat. Technol.. 191 (2005)181.