تاثیر درصد سیلیسیوم زیرلایه بر ساختار و رفتار خوردگی پوشش‌های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیوم

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مسعود مشرفی فر ¹

1 - استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد، ایران

تاريخ الإرسال : 16 الأحد , رجب, 1445 تاريخ التأكيد : 25 الخميس , رمضان, 1445 تاريخ الإصدار : 08 الإثنين , ربيع الثاني, 1445

الکلمات المفتاحية: اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی, رفتار خوردگی, پوشش‌دهی, آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم,

ملخص المقالة :

چکیده مقدمه: اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی یک روش نوین و ارتقاءیافته از فرایند آندایزینگ، برای بهبود مقاومت خوردگی آلیاژهای آلومینیوم از طریق ایجاد یک پوشش سرامیکی بر سطح آن‌ها می‌باشد. روش: از جمله پارامترهای تأثیرگذار بر روند این فرایند و عملکرد پوشش‌های حاصل، ترکیب شیمیایی زیرلایه است. در این پژوهش، تأثیر افزایش درصد سیلیسیوم زیرلایه بر ساختار و رفتار خوردگی پوشش‌های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی با جریان پالسی دو قطبی در یک حمام الکترولیتی پایه سیلیکاتی بررسی شد. جهت بررسی مورفولوژی و ساختار پوشش‌ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی پرتو ایکس، برای فازیابی از آنالیز پراش اشعه ایکس استفاده شد. رفتار خوردگی پوشش‌ها، توسط آزمون‌های الکتروشیمیایی پس از یک ساعت غوطه‌وری در محلول 5_/3 درصد نمک طعام و pH برابر با 4 ارزیابی شد. یافته ­ها: نمونه‌های پوشش داده شده، ساختار پنکیکی و دهانه آتشفشانی با میکرو ترک‌ها و میکرو تخلخل‌های نامنظم را نشان دادند. بررسی‌ها نشان داد با افزایش درصد سیلیسیوم زیرلایه، ضخامت و تخلخل پوشش‌ها کاهش پیدا کرد، همچنین مورفولوژی آتشفشانی بر مورفولوژی پنکیکی در رشد پوشش غالب شد. پوشش‌ها عمدتاً حاوی مخلوط γ-Al₂O₃، η-Al₂O₃، δ-Al₂O₃، SiO₂، مقدار کمی مولایت و برخی از فازهای آمورف هستند. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد، علاوه بر کاهش چگالی جریان خوردگی تا 9 درصد سیلیسیوم زیرلایه، ما شاهد افزایش مقاومت پلاریزاسیون، با افزایش درصد سیلیسیوم زیرلایه پس از پوشش‌دهی هستیم. آزمون طیف‌سنجی الکتروشیمیایی مشخص نمود که پوشش، سدی فیزیکی در برابر انتقال بار تشکیل می‌دهد. نتیجه­ گیری: نتایج حاکی از کاهش تخلخل و افزایش مقاومت خوردگی پوشش با افزایش درصد سیلیسیوم زیرلایه بود. پوشش‌های حاصل دولایه بوده و با افزایش درصد سیلیسیوم زیرلایه، مقاومت لایه خارجی کاهش، اما مقاومت لایه داخلی افزایش یافت.

المصادر:

 References

1. Dahle, A., et al., Eutectic modification and microstructure development in Al–Si Alloys. Materials Science and Engineering: A, 2005. 413: p. 243-248.
   
   


2. Wang, Q., Microstructural effects on the tensile and fracture behavior of aluminum casting alloys A356/357. Metallurgical and materials Transactions A, 2003. 34: p. 2887-2899.
   
   


3. Dai, L., et al. Anti-corrosion and wear properties of plasma electrolytic oxidation coating formed on high Si content Al alloy by sectionalized oxidation mode. in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. IOP Publishing.
   
   


4. Dong, H., Surface engineering of light alloys: Aluminium, magnesium and titanium alloys. 2010.
   
   


5. Picas, J.A., et al., HVOF thermal sprayed coatings on aluminium alloys and aluminium matrix composites. Surface and Coatings Technology, 2005. 200(1-4): p. 1178-1181.
   
   


6. Revilla, R.I., H. Terryn, and I. De Graeve, Role of Si in the anodizing behavior of Al-Si alloys: additive manufactured and cast Al-Si10-Mg. Journal of The Electrochemical Society, 2018. 165(9): p. C532.
   
   


7. Hakimizad, A., K. Raeissi, and F. Ashrafizadeh, A comparative study of corrosion performance of sealed anodized layers of conventionally colored and interference-colored aluminium. Surface and Coatings Technology, 2012. 206(22): p. 4628-4633.
   
   


8. Raj, V. and M.M. Ali, Formation of ceramic alumina nanocomposite coatings on aluminium for enhanced corrosion resistance. Journal of Materials Processing Technology, 2009. 209(12-13): p. 5341-5352.


9. Bajat, J., et al., Corrosion stability of oxide coatings formed by plasma electrolytic oxidation of aluminum: optimization of process time. Corrosion, 2013. 69(7): p. 693-702.
   
   


10. Gu, W.-C., et al., Characterisation of ceramic coatings produced by plasma electrolytic oxidation of aluminum alloy. Materials Science and Engineering: A, 2007. 447(1-2): p. 158-162.
    
    


11. Hussein, R., et al., Spectroscopic study of electrolytic plasma and discharging behaviour during the plasma electrolytic oxidation (PEO) process. Journal of Physics D: Applied Physics, 2010. 43(10): p. 105203.
    
    


12. Hussein, R., X. Nie, and D. Northwood, Influence of process parameters on electrolytic plasma discharging behaviour and aluminum oxide coating microstructure. Surface and Coatings Technology, 2010. 205(6): p. 1659-1667.
    
    


13. Li, Q., et al., Effects of cathodic voltages on structure and wear resistance of plasma electrolytic oxidation coatings formed on aluminium alloy. Applied Surface Science, 2014. 297: p. 176-181.
    
    


14. Montazeri, M., et al., Investigation of the voltage and time effects on the formation of hydroxyapatite-containing titania prepared by plasma electrolytic oxidation on Ti–6Al–4V alloy and its corrosion behavior. Applied Surface Science, 2011. 257(16): p. 7268-7275.
    
    


15. Tillous, K., et al., Microstructure and phase composition of microarc oxidation surface layers formed on aluminium and its alloys 2214-T6 and 7050-T74. Surface and Coatings Technology, 2009. 203(19): p. 2969-2973.
    
    


16. Gencer, Y. and A.E. Gulec, The effect of Zn on the microarc oxidation coating behavior of synthetic Al–Zn binary alloys. Journal of alloys and compounds, 2012. 525: p. 159-165.
    
    


17. He, J., et al., Influence of silicon on growth process of plasma electrolytic oxidation coating on Al–Si alloy. Journal of alloys and compounds, 2009. 471(1-2): p. 395-399.
    
    


18. Tarakci, M., Plasma electrolytic oxidation coating of synthetic Al–Mg binary alloys. Materials characterization, 2011. 62(12): p. 1214-1221.
    
    


19. Mehri Ghahfarokhi, N., et al., Plasma electrolytic oxidation (PEO) coating to enhance in vitro corrosion resistance of AZ91 magnesium alloy coated with polydimethylsiloxane (PDMS). Applied Physics A, 2022. 128(2): p. 112.
    
    


20. Li, K., et al., Effects of Si phase refinement on the plasma electrolytic oxidation of eutectic Al-Si alloy. Journal of Alloys and Compounds, 2019. 790: p. 650-656.
    
    


21. Forn, A., et al., Microstructure and tribological properties of anodic oxide layer formed on Al–Si alloy produced by semisolid processing. Surface and Coatings Technology, 2007. 202(4-7): p. 1139-1143.
    
    


22. Warmuzek, M., Aluminum-silicon casting alloys: an atlas of microfractographs. 2004: ASM international.
    
    


23. مشرفی فر, م., et al., بررسی اثر درصد سیلیسیوم زیرلایه بر ریزساختار و ترکیب پوشش‌های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی آلیاژهای آلومینیوم-سیلیسیوم. نشریه علوم و مهندسی سطح, 2021. 17(49): p. 1-17.

 

24. Wu, T., C. Blawert, and M.L. Zheludkevich, Influence of secondary phases of AlSi9Cu3 alloy on the plasma electrolytic oxidation coating formation process. Journal of Materials Science & Technology, 2020. 50: p. 75-85.


25. Moshrefifar, M., H. Ebrahimifar, and A. Hakimizad, Systematic Investigation of Silicon Content Effects on the PEO Coatings’ Properties on Al–Si Binary Alloys in Silicate-Based and Tungstate-Containing Electrolytes. Coatings, 2022. 12(10): p. 1438.
    
    


26. Alves, S., et al., Enhanced tribological performance of cylinder liners made of cast aluminum alloy with high silicon content through plasma electrolytic oxidation. Surface and Coatings Technology, 2022. 433: p. 128146.
    
    


27. Wang, P., et al., Ceramic coating formation on high Si containing Al alloy by PEO process. Surface Engineering, 2016. 32(6): p. 428-434.
    
    


28. Stojadinovic, S., et al., Characterization of the plasma electrolytic oxidation of aluminium in sodium tungstate. Corrosion Science, 2010. 52(10): p. 3258-3265.
    
    


29. Matykina, E., et al., Investigation of the growth processes of coatings formed by AC plasma electrolytic oxidation of aluminium. Electrochimica acta, 2009. 54(27): p. 6767-6778.
    
    


30. بروجنی, ر., et al., ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوشش کامپوزیتی اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی حاوی ذرات اکسید سیلیسیم روی زیرلایه آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵. فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین, 2022. 13(49): p. 72-85.
    
    


31. Li, Z., et al., Composite coatings on a Mg–Li alloy prepared by combined plasma electrolytic oxidation and sol–gel techniques. Corrosion science, 2012. 63: p. 358-366.
    
    


32. Duan, H., C. Yan, and F. Wang, Effect of electrolyte additives on performance of plasma electrolytic oxidation films formed on magnesium alloy AZ91D. Electrochimica Acta, 2007. 52(11): p. 3785-3793.
    
    


33. Hussein, R., X. Nie, and D. Northwood, Plasma electrolytic oxidation coatings on Mg-alloys for improved wear and corrosion resistance. Corrosion: Material Performance and Cathodic Protection, 2017. 99: p. 133-134.
    
    


34. Dehnavi, V., et al., Corrosion properties of plasma electrolytic oxidation coatings on an aluminium alloy–The effect of the PEO process stage. Materials Chemistry and Physics, 2015. 161: p. 49-58.