Influence of Plasma Electrolytic Oxidation Parameters on Tribological Properties of Layers Produced on AZ31B Magnesium Alloy

• Autorzy: Niedźwiedź, Mateusz , Bara, Marek , Korzekwa, Joanna , Kaptacz, Sławomir , Sowa, Maciej , Olesiński, Aleksander , Simka, Wojciech

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów plazmowego utleniania elektrolitycznego na właściwości tribologiczne warstw wytworzonych na stopie magnezu AZ31B

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the effect of Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) on the tribological properties of oxide layers produced on the AZ31B magnesium alloy. The layers were formed using PEO (AC+DC) in an alkaline electrolyte with a current density of 10 A/dm^². The oxidation parameters (process time, cathodic voltage) were selected based on a research plan. The tribological properties of the samples were tested on a T-17 tester in a pin-on-plate test under technically dry friction conditions, using a pin made of PEEK-HPV polymer. The tests allowed the determination of the coefficient of friction, linear wear, and changes in the mass of the sample and pin. Profilometric measurements were also made before and after the friction process. An increase in the oxidation time and cathodic voltage led to an increase in the thickness and roughness of the oxide layer. The sample oxidized under the highest parameters exhibited the greatest thickness, as well as the highest amplitude and Abbott–Firestone bearing ratio parameters. It was found that with increasing process time and cathodic voltage, the coefficient of friction (μ) and polymer pin wear increased. Sample C, which had the highest processing parameters, showed the best tribological properties, with a coefficient of friction of 0.253 and a linear wear of 0.057 mm. Due to friction, a significant amount of opaque tribofilm was deposited on sample C, resulting in the highest mass wear of the pin (5.33 mg) and an increase in the mass of the sample by 0.74 mg.

PL

W artykule omówiono wpływ plazmowego utleniania elektrolitycznego (PEO) na tribologiczne właściwości warstw tlenkowych wytworzonych na stopie magnezu AZ31B. Warstwy utleniono przy użyciu PEO (AC+DC) w zasadowym elektrolicie, z gęstością prądową 10 A/dm^². Parametry utleniania (czas procesu, napięcie katodowania) były dobierane na podstawie planu badawczego. Właściwości tribologiczne próbek zbadano na testerze T-17 w teście trzpień-płytka, w warunkach tarcia technicznie suchego wykorzystując trzpień wykonany z tworzywa PEEK-HPV. Testy pozwoliły na określenie współczynnika tarcia, zużycia liniowego oraz zmiany masy próbki i trzpienia. Wykonano także pomiary profilografometryczne przed i po procesie tarcia. Wzrost czasu utleniania i napięcia katodowania wpływa na wzrost grubości i chropowatości warstwy tlenkowej. Próbka utleniana w najwyższych parametrach charakteryzowała się najwyższą grubością oraz najwyższymi parametrami amplitudowymi i krzywej nośności Abotta–Firestona. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem czasu procesu i napięcia katodowania zwiększa się współczynnik tarcia µ oraz zużycie polimerowego trzpienia. Próbka C charakteryzująca się najwyższymi parametrami procesu wytwarzania cechowała się najwyższymi parametrami tribologicznymi. Współczynnik tarcia µ wyniósł: 0,253, a zużycie liniowe trzpienia: 0,057 mm. W wyniku tarcia na warstwie próbki C osadziła się znaczna ilość nieprzezroczystego filmu ślizgowego, co wynikało także z największego zużycia masowego trzpienia (5,33 mg) oraz wzrostu masy próbki o 0,74 mg.

Słowa kluczowe

PL

plazmowe utlenianie elektrolityczne; warstwy tlenkowe; stopy magnezu; tribologia

EN

plasma electrolytic oxidation; oxide layers; magnesium alloys; tribology

• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 2
• Strony: 75--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Niedźwiedź, Mateusz

• University of Silesia in Katowice, Faculty of Science and Technology, Institute of Materials Engineering, 75 Pułku Piechoty 1a, 41-500 Chorzów, Poland ,

autor

Bara, Marek

• University of Silesia in Katowice, Faculty of Science and Technology, Institute of Materials Engineering, 75 Pułku Piechoty 1a, 41-500 Chorzów, Poland,

autor

Korzekwa, Joanna

• University of Silesia in Katowice, Faculty of Science and Technology, Institute of Materials Engineering, 75 Pułku Piechoty 1a, 41-500 Chorzów, Poland ,

autor

Kaptacz, Sławomir

• University of Silesia in Katowice, Faculty of Science and Technology, Institute of Materials Engineering, 75 Pułku Piechoty 1a, 41-500 Chorzów, Poland,

autor

Sowa, Maciej

• Silesian University of Technology, Faculty of Chemistry, Akademicka 2A Str., 44-100 Gliwice ,

autor

Olesiński, Aleksander

• Silesian University of Technology, Faculty of Chemistry, Akademicka 2A Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Simka, Wojciech

• Silesian University of Technology, Faculty of Chemistry, Akademicka 2A Str., 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. Castellanos, A., Altube, A., Vega, J.M., García-Lecina, E., Díez, J.A., Grande, H.J.: Effect of different post-treatments on the corrosion resistance and tribological properties of AZ91D magnesium alloy coated PEO. Surf. Coat. Technol. 278, 2015, pp. 99–107.
• 2. Anawati, A., Hidayati, E., Labibah, H.: Characteristics of magnesium phosphate coatings formed on AZ31 Mg alloy by plasma electrolytic oxidation with improved current efficiency. Mater. Sci. Eng. B. 272, 2021, pp. 1–10.
• 3. Liu, J.Z., Zhao, Y.H., Song, L., Xiang, Z.X.: Study on the AZ31B Magnesium Alloy in the Application on High-Speed Trains. Adv. Mat. Res. 535–537, 2012, pp. 875–879.
• 4. Darband, B.Gh., Aliofkhazraei, M., Hamghalam, P., Valizade, N.: Plasma electrolytic oxidation of magnesium and its alloys: Mechanism, properties and applications. J. Magnes. Alloy. 5, 2017, pp. 74–132.
• 5. Tu, X., Miao, Ch., Zhang Y., Li, J.: Plasma Electrolytic Oxidation of Magnesium Alloy AZ31B in Electrolyte Containing Al2 O3 Sol as Additives. Mater. 11, 2018, pp. 1–11.
• 6. Niedźwiedź, M., Bara, M., Skoneczny, W., Kaptacz, S., Dercz, G.: Influence of Anodizing Parameters on Tribological Properties and Wettability of Al2O3 Layers Produced on the EN AW-5251 Aluminum Alloy. Materials. 15, 2022, pp. 1–21.
• 7. Joahri, N.A., Alias, J., Zanurin, A., Mohamed, N.S., Alang, N.A., Zain, M.Z.M.: Anti-corrosive coatings of magnesium: A review. Mater. Today-Proc. 48, 2022, pp. 1842–1848.
• 8. Verdier, S., Boinet, M., Maximovitch, S., Dalard, F.: Formation, structure and compostion of anodic films on AM60 magnesium alloy obtained by DC plasma anodizing. Corros. Sci. 47, 2005, pp. 1429– 1444.
• 9. Zhang, W., Du, Y., Zhang, P.: Excellent plasma electrolytic oxidation coating on AZ61 magnesium alloy under ordinal discharge mode. J. Magnes. Alloy. 10, 2022, pp. 2460–2474.
• 10. Pezzato, L., Lorenzetti, L., Tonelli, L., Bragaggia, G., Dabalà, M., Martini, C., Brunelli, K.: Effect of SiC and borosilicate glass particles on the corrosion and tribological behavior of AZ91D magnesium alloy after PEO process. Surf. Coat. Technol. 428, 2021, pp. 1–16.
• 11. Gray, X., Luan, B.: Protective coatings on magnesium and its alloys – A critical review. J. Alloys Compd. 336, 2002, pp. 88–113.
• 12. Chen, X., Birbilis, N., Abbott, T.: Review of corrosion-resistant conversion coatings for magnesium and its alloys. Corrosion. 67, 2011, pp. 1–16.
• 13. Song, G., Shi, Z.: Anodization and corrosion of magnesium (Mg) alloys. In Corrosion Prevention of Magnesium Alloys, Woodhead Publishing Limited, Oxford, UK, 2013.
• 14. Yerokhin, A.L., Nie, X., Leyland, A., Matthews, A., Dowey, S.J.: Plasma electrolysis for surface engineering. Surf. Coat. Technol. 122, 1999, pp. 73–93.
• 15. Guo, Y., Rogov, A., Hird, A., Mingo, B., Matthews, A., Yerokhin, A.: Plasma electrolytic oxidation of magnesium by sawtooth pulse current. Surf. Coat. Technol. 429, 2022, p. 127938.
• 16. Rogov, A.B., Matthews, A., Yerokhin, A.: Relaxation Kinetics of Plasma Electrolytic Oxidation Coated Al Electrode: Insight into the Role of Negative Current. J. Phys. Chem. C. 124, 2020, pp. 23784–23797.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.8430