Investigation on corrosion and tribological behaviour of plasma electrolytic oxidation coating formed on aluminium hydraulic tappet

Subject Areas :

Saeed Safari ¹ , Esmaeil Ahmadi ² , Hossein Safari ³

1 - M. Sc., Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran./ Engine Assembly Engineering Division, Iran Khodro Co, Tehran, Iran.
2 - M. Sc., Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran./ Engine Assembly Engineering Division, Iran Khodro Co, Tehran, Iran
3 - B. Sc., Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University (West Tehran Branch), Tehran, Iran.

Received: 2023-06-07 Accepted : 2024-09-22 Published : 2024-10-07

Keywords: &quot, Plasma electrolytic oxidation&quot, , &quot, Aluminium alloy&quot, , &quot, Hydraulic Tappet&quot, , &quot, Corrosion Resistance&quot, , &quot, Wear Resistance&quot, ,

Abstract :

Recently, the consumption of non-ferrous alloys has increased significantly in the automotive industry due to their desirable properties, but according to the working conditions of car engine, it is necessary to apply coating to protect the surfaces and extend the lifetime of the car engine compartments. In this study, firstly, electrolytic plasma oxidation (PEO) is coated on the surface of the aluminium hydraulic tappet which is always in contact with the camshaft lobes, and then the metallurgical properties of the coating formed on the substrate in silicate and aluminate electrolytes are investigated. The results of the phase studies indicate that during the coating process, phases such as α-Al2O3 and γ-Al2O3 are created on the surface, moreover the plasma electrolytic oxidation coating resists against corrosion and wear strongly because of its favourable properties and quality. Compared to an uncoated sample, the corrosion rate and wear rate of coatings created in silicate and aluminate electrolytes decrease by 19 and 22 times, respectively, and by 6 and 9 times, respectively. Finally, the microscopic analysis reveals that the average diameter of the porosities in PEO coating formed in the silicate electrolyte is larger than that of coating generated aluminate electrolyte.

References:

[1] H. Yamagata, "The Science and Technology of Materials in Automotive Engines", Woodhead Publishing, 2005.

[2] J. Wang, X. Pang & H. Jahed. "Surface protection of Mg alloys in automotive applications: A review", AIMS Materials Science, vol. 6, pp. 567-600, 2019.

[3] م. ضرغامی و ح. ر. سراجی، "توسعه کاربرد کامپوزیت‌ها و آلیاژهاي غیر آهنی در قطعات خودرو به‌منظور سبک‌سازی و کاهش مصرف سوخت"، پنجمین همایش سالانه بین‌المللی صنعت خودرو ایران، 1395.

[4] J. Tan & S. Ramakrishna, "Applications of magnesium and its alloys: A review", Applied Sciences, vol. 11, pp. 61-68, 2021.

[5] H. Dong, "Surface Engineering of Light Alloys Aluminium, Magnesium and Titanium Alloys", Woodhead Publishing, 2010.

[6] E. Syuichi, M. Masuda, H. Fujita, S. Hayashi, Y. Terashima & K. Motosugi, "Aluminum valve lifter for Toyota new V-8 engine", no. 900450. SAE Technical Paper, 1990.

[7] L. S. Woo. "Composite hybrid valve lifter for automotive engines", Composite structures, vol. 71, pp. 26-33, 2005.

[8] D. Kosuke & H. Kurita, "Development of lightweight DLC coated valve lifter made from beta titanium alloy for motorcycles", SAE International Journal of Materials and Manufacturing, vol. 6, no. 1 pp.105-112, 2013.

[9] آ، موسوی و و، مقدم نیا، "علل سایش قطعه استکان تایپت چدنی و روش¬هاي بهبود خواص"، هفتمين همايش بین‌المللی موتورهاي درون‌سوز، 1390.

[10] R. O. Hussein, X. Nie & D. O. Northwood, "An investigation of ceramic coating growth mechanisms in plasma electrolytic oxidation (PEO) processing", Electrochimica Acta, vol. 112, pp. 111-119, 2013.

[11] Gh. Barati, M. Aliofkhazraei, P. Hamghalam & N. Valizade, "Plasma electrolytic oxidation of magnesium and its alloys: Mechanism, properties and applications", Journal of Magnesium and Alloys, vol. 5, pp. 74-132, 2017.

[12] M. Kaseem, S, Fatimah, N, Nashrah & Y, Gun Ko, "Recent progress in surface modification of metals coated by plasma electrolytic oxidation: Principle, structure, and performance", Progress in Materials Science, vol.117, 2021.

[13] A. L. Yerokhin & X. Nie, "Plasma electrolysis for surface engineering", Surface and Coatings Technology, vol. 122, pp.73-93, 1999.

[14] F. Simchen, S. Maximilian, A. Kopp & T. Lampke, "Introduction to plasma electrolytic oxidation—An overview of the process and applications", Coatings, vol. 10, pp. 628-646, 2020.

[15] P. Gupta, G. Tenhundfeld, E. O. Daigle & D. Ryabkov, "Electrolytic plasma technology: Science and engineering - An overview", Surface and Coatings Technology, vol. 201, pp. 8746-8760, 2007.

[16] A. Polat & M. Makaraci, "Influence of sodium silicate concentration on structural and tribological properties of micro arc oxidation coatings on 2017A aluminum alloy substrate", Journal of Alloys and Compounds, vol. 504, pp. 519–526, 2010.

[17] K. Wang & B. H. Koo, "Effects of electrolytes variation on formation of oxide layers of 6061 Al alloys by plasma electrolytic oxidation", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol.19, pp. 866-870, 2009.

[18] A. Němcová, B. Pacal & P. Skeldon, "Effect of fluoride on plasma electrolytic oxidation of AZ61 magnesium alloy", Surface & Coatings Technology, vol. 232, pp. 827-838, 2013.

[19] J. J. Zhuang, N. Xiang & R. G. Song, "Effect of current density on microstructure and properties of PEO ceramic coatings on magnesium alloy", Surface Engineering, vol. 33, pp. 744-752, 2016.

[20] S. Xin, R. Zhao & L. Song, "Influence of cathodic current on composition, structure and properties of Al2O3 coatings on aluminium alloy prepared by micro-arc oxidation process", Thin Solid Films, vol. 515, pp. 326-332, 2006.

[21] X. Zhanga & Y. Zhanga, "Effects of frequency on growth process of plasma electrolytic oxidation coating" Materials Chemistry and Physics, vol. 132, pp. 909– 915, 2012.

[22] S. Aliasghari, P. Skeldon & G. E. Thompson, "Plasma electrolytic oxidation of titanium in a phosphate/silicate electrolyte and tribological performance of the coatings", Applied Surface Science, vol. 316, pp. 436-476, 2014.

[23] S. Onoa, S. Moronukia & Y. Morib, "Effect of electrolyte concentration on the structure and corrosion resistance of anodic Films formed on Magnesium through plasma electrolytic oxidation", Electrochimica Acta, vol. 240, pp. 415-423, 2017.

[24] W. C. Gu, G. H. Lv, H. Chen & G. L. Chen, "Characterisation of ceramic coatings produced by plasma electrolytic oxidation of aluminium alloy", Materials Science and Engineering, vol. 447, pp. 158–162, 2007.

[25] A. G. Rakoch, A. A. Gladkova & V. L. Kovalev, "The Mechanism of Formation of Composite Microarc Coatings on Aluminium Alloys", Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, vol. 49, pp. 880-884, 2013.

[26] L. Wanying, Y. Pu, H. Liao, Y. Lin & W. He, "Corrosion and wear behaviour of PEO coatings on D16T aluminium alloy with different concentrations of graphene", Coatings, vol. 10, no. 3, pp.230-249 2020.

[27] M. Nadimi, C. Dehghanian & A. Etemad moghadam, "Influence of SiO2 nanoparticles incorporating into ceramic coatings generated by PEO on Aluminium alloy: Morphology, adhesion, corrosion, and wear resistance", Materials Today Communications, vol. 31, 2022.

[28] W. Liu, P. Yi Pu, L. Hongcheng & Y. Lin, "Corrosion and wear behaviour of PEO coatings on D16T aluminium alloy with different concentrations of graphene", Coatings, vol. 10, pp. 249-259, 2020.

[29] L. Guohua, W. Gu, H. Chen, W. Feng & M. Latif Khosa, "Characteristic of ceramic coatings on aluminum by plasma electrolytic oxidation in silicate and phosphate electrolyte", Applied Surface Science, vol. 253, pp. 2947-2952, 2006.

[30] S. Aliasghari, M. Ghorbani, P. Skeldon & H. Karami, "Effect of plasma electrolytic oxidation on joining of AA 5052 aluminium alloy to polypropylene using friction stir spot welding" Surface and Coatings Technology, vol. 313, pp. 274-281, 2017.

[31] K. Wang, B. H. Koo & L. Chan-Gyu "Effects of electrolytes variation on formation of oxide layers of 6061 Al alloys by plasma electrolytic oxidation", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 19, pp. 866-870, 2009.

[32] A. Polat, M. Makaraci & M. Usta, "Influence of sodium silicate concentration on structural and tribological properties of micro arc oxidation coatings on 2017A aluminum alloy substrate", Journal of Alloys and Compounds, vol. 504, pp. 519–526, 2010.

[33] A. Toulabifard, M. Rahmati, K. Raeissi, A. Hakimizad & M. Santamaria. "The effect of electrolytic solution composition on the structure, corrosion, and wear resistance of PEO coatings on AZ31 magnesium alloy", Coatings, vol. 10, pp. 937-946, 2020.

[34] P. V. Ivashin, A. V. Polunin, M. M. Krishtal, A. Tverdokhlebov & E. D. Borgardt, "The influence of SiO2 nanoparticles addition into electrolyte on the thermal conductivity of oxide layer formed on eutectic aluminium-silicon alloy by PEO", Journal of Physics: Conference Series, vol. 112, IOP Publishing, 2018.

[35] ص. اسماعیلی، ت. احمدی، ح. بخششی و ع. نوربخش، "تأثیر افزودن اکسید گرافن بر رفتار خواص تریبولوژی پوشش¬های ایجاد شده روی آلیاژ منیزیم AZ31 به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال شانزدهم، شماره سوم، صفحه 29-39، 1401.

[36] Ch. Yang, Z. Jiayu, C. Suihan, P. Chen, W. Zhongcan, M. Zhengyong, K. F. Ricky, T. Xiubo, K. C. Paul & W. Zhongzhen, "Wear and corrosion resistant coatings prepared on LY12 aluminum alloy by plasma electrolytic oxidation", Surface and Coatings Technology, vol. 409, pp. 885-893, 2021.

[37] M. Treviño, N. F. Garza-Montes, A. Pérez, M. A. L. Hernández-Rodríguez, A. Juárez, & R. Colás, "Wear of an aluminium alloy coated by plasma electrolytic oxidation", Surface and Coatings Technology, vol. 206, pp. 2213-2219, 2012.

[38] R. Vignesh, R. Vaira & R. Padmanaban, "Influence of friction stir processing parameters on the wear resistance of aluminium alloy AA5083", Materials Today, vol. 55, pp. 7437-7446, 2018.

[39] U. Malayoglu, C. Kadir, U. Tekin, U. Malayoglu & S. Shrestha, "An investigation into the mechanical and tribological properties of plasma electrolytic oxidation and hard-anodized coatings on 6082 aluminum alloy", Materials science and Engineering, vol. 528, no. 24, pp.7451-7460, 2011.

[40] N. Xiang, R. G. Song, H. Li, C. Wang, Q. Z. Mao & Y. Xiong, "Study on microstructure and electrochemical corrosion behaviour of PEO coatings formed on aluminium alloy", Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 24, pp. 5022-5031, 2015.

Full-Text:



فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هجدهم –  شماره دوم –  تابستان 1403 (شماره پیاپی 69)، ص­ص. 63-73
	فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد ma.iaumajlesi.ac.ir

بررسی رفتار خوردگی و تریبولوژی در پوشش اکسیدی پلاسمای الکترولیتی اعمالی بر سطح استکان تایپیت آلومینیومی

 

مقاله پژوهشی

سعید صفری1*، اسمعیل احمدی3، حسین صفری3

 

1- کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

(اداره مهندسی مونتاژ موتور، شرکت ایران‌خودرو، تهران، ایران)

2- کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

(اداره مهندسی مونتاژ موتور، شرکت ایران‌خودرو، تهران، ایران)

3- کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب، تهران، ایران.

* [e-mail]

 

 

اطلاعات مقاله		چکیده
دریافت: 17/03/1402 پذیرش: 24/04/1402		اخیراً استفاده از آلیاژهای غیر آهنی در صنعت خودروسازی به جهت خواص مطلوب به میزان چشمگیری افزایش پیدا کرده است اما با توجه به شرایط کاری در موتور خودرو اعمال پوشش به‌منظور محافظت از سطوح و افزایش طول عمر قطعه الزامی می­باشد. در این پژوهش، ابتدا پوشش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی بر روی سطح استکان تایپیت آلومینیومی که همواره با بادامک­های میل‌سوپاپ در تماس است، اعمال می­شود و در ادامه خواص متالورژیکی پوشش ایجاد شده بر روی زیرلایه در الکترولیت‌های سیلیکاتی و آلومیناتی مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. نتایج حاصل از مطالعات فازی نشان می­دهد که حین فرآیند پوشش­دهی فازهایی نظیر Al2O3-α و Al2O3-γ بر روی سطح ایجاد می­شود به‌علاوه پوشش اکسیدی نهایی به دلیل برخورداری از خواص و کیفیت مطلوب، مقاومت در برابر خوردگی و سایش را به شکل قابل‌توجهی بهبود می­بخشد به‌نحوی‌که سرعت خوردگی پوشش ایجاد شده در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی به ترتیب 19 و 22 برابر و نرخ سایش نیز به ترتیب 6 و 9 برابر نسبت به نمونه فاقد پوشش کاهش می‌یابد. در انتها بررسی­های میکروسکوپی نیز نشان می­دهد که قطر متوسط تخلخل­ها در پوشش PEO ایجاد شده در الکترولیت سیلیکاتی نسبت به پوشش آلومیناتی بزرگ‌تر است.
کلید واژگان: اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی آلیاژ آلومینیوم استکان تایپیت مقاومت به خوردگی مقاومت به سایش.

 

Investigation on Corrosion and Tribological Behaviour of Plasma Electrolytic Oxidation Coating Formed on Aluminium Hydraulic Tappet

 

Saeed Safari 1*, Esmaeil Ahmadi 2, Hossein Safari 3

1- M. Sc., Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran. (Engine Assembly Engineering Division, Iran Khodro Co, Tehran, Iran).

2- M. Sc., Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran. (Engine Assembly Engineering Division, Iran Khodro Co, Tehran, Iran).

3- B. Sc., Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University (West Tehran Branch), Tehran, Iran.

* [e-mail]

 

Abstract		Article Information
Recently, the consumption of non-ferrous alloys has increased significantly in the automotive industry due to their desirable properties, but according to the working conditions of car engine, it is necessary to apply coating to protect the surfaces and extend the lifetime of the car engine compartments. In this study, firstly, electrolytic plasma oxidation (PEO( is coated on the surface of the aluminium hydraulic tappet which is always in contact with the camshaft lobes, and then the metallurgical properties of the coating formed on the substrate in silicate and aluminate electrolytes are investigated. The results of the phase studies indicate that during the coating process, phases such as α-Al2O3 and γ-Al2O3 are created on the surface, moreover the plasma electrolytic oxidation coating resists against corrosion and wear strongly because of its favourable properties and quality. Compared to an uncoated sample, the corrosion rate and wear rate of coatings created in silicate and aluminate electrolytes decrease by 19 and 22 times, respectively, and by 6 and 9 times, respectively. Finally, the microscopic analysis reveals that the average diameter of the porosities in PEO coating formed in the silicate electrolyte is larger than that of coating generated aluminate electrolyte.		Original Research Paper Doi:
		Keywords: Plasma Electrolytic Oxidation Aluminum Alloy Hydraulic Tappet Corrosion Resistance Wear Resistance.

 

 

1- مقدمه

در دهه­های اخیر پیدا کردن راه‌کارهایی برای کاهش مصرف سوخت­های فسیلي به دلیل گازهای مضر ناشی از احتراق این سوخت­ها، اهمیت خاصی پیدا کرده است. در این راستا راه‌کارهایی نظیر استفاده از منابع انرژی جدید و سبک‌سازی انواع وسایل نقلیه اعم از اتومبیل­ها، هواپیماها، کشتی­ها و ... پیشنهاد شده است. به همين دليل استفاده از آلیاژهای غیر آهنی و سایر مواد با هدف کاهش وزن و ارتقاء کیفیت مورد توجه بوده و یکی از نقاط تحول در صنایع خودروسازی در دهه­های گذشته به‌حساب مي­آيد و تمامی شرکت­های خودروسازی بزرگ به دنبال جایگزینی قطعات فولادی و چدنی موجود در خودرو با مواد و آلیاژهای سبک­تر می­باشند ازاین‌رو آلیاژهای غیر آهنی نظیر آلومینیوم و منیزیم به دلیل برخورداری از خواص مطلوب نظیر نسبت استحکام به وزن مخصوص بالا مورد توجه قرار گرفته‌اند به‌نحوی‌که در شکل (1) برخی از کاربردهای آلیاژهای غیر آهنی در خودرو آورده شده است [1-4]؛ اما باید توجه داشت که سه معضل و مشكل اصلی اعم از اصطكاك، حرارت و خوردگي در صنعت خودرو وجود دارد که تا اندازه­ای مانع از این جایگزینی گسترده این آلیاژها در صنعت خودرو می­شود [5].

 

 

شکل (1): برخی از کاربردهای آلیاژهای غیر آهنی در خودرو.

 

شرکت تویوتا در موتور V-8 برای اولین بار برای ساخت استکان تایپیت از آلومینیوم و آلیاژهای آن استفاده کرده است که نتایج حاصل از آن بسیار مطلوب و رضایت‌بخش بود. با توجه به این که سطح استکان تایپیت مطابق با شکل (2) به‌صورت مداوم بر روی میل‌سوپاپ در حال پرس کردن (سایش مداوم توأم با ضربه)، می­باشد ازاین‌رو بهبود خواص سایش و خوردگی و به‌تبع آن افزایش طول عمر تا بالاترین حد ممکن از اهمیت خاصی برخوردار است و برای این منظور می­توان از انواع پوشش­های محافظ بر روی سطح استکان تایپیت استفاده کرد. اخیراً از فرآیند جدیدی تحت عنوان اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی1 برای ایجاد پوشش اکسیدی بر روی سطح قطعات غیر آهنی موتور ماشین­های فرمول یک (F1) جهت رسیدن به اهداف مذکور استفاده شده است که این پوشش خواص بسیار مطلوبی از خود حین سرویس نشان داده است [6-9]. این فرآيند پوشش­دهی یک عملیات سطحی الکتروشیمیایی است که منجر به تشکیل یک لایه اکسیدی ضخیم با مقاومت به خوردگی و سایش بالا بر روی سطح می­شود. کیفیت این پوشش از سایر روش­ها نظیر آندایزینگ مطلوب­تر می­باشد و همچنین این روش دوستدار محیط‌زیست بوده و فاقد مواد و عناصر مضر می­باشد [10-12]؛ اما با این وجود محققین هنوز نتوانستند مکانیزم کاملی برای این فرآیند پوشش­دهی ارائه دهند و محققین مختلف مکانیزم­های متفاوتی ارائه داده­اند به همین دلیـل از اصطلاحات متفاوتی بـرای توصیف آن استفاده می­شود که برخی از آن­ها عبارت‌اند از: اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی، اکسیداسیون میکرو جرقه 2، الکترولیز جرقه­ی آندی 3، عملیات آندی الکترولیتی پلاسمایی 4، آندایز الکترولیتی پلاسمایی 5 [13].

 

 

 

شکل (2): تصویری از محل قرارگیری استکان تایپیت در موتور.

در شکل (3) شماتیکی از مکانیزم فرآيند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی که توسط گوپتا6 پیشنهاد گردیده، آورده شده است. در ابتدای فرآیند با گذشت زمان، ولتاژ بـه شکل قابـل‌توجهی بـه دلیل احاطه شدن سطح توسط لایـه­ای از محصـولات گـازی، بـه‌صورت خطی افزایش می­یابد و بعد از اینکه الکترود کاملاً توسط لایه­ای پیوسته از گاز با هدایت الکتریکی پایین، پوشیده شد. تقریباً تمام ولتاژ سل الکترولیز در این لایه نازک عایق و نزدیک الکترود متمرکز می­شود. در نتیجه، در این ناحیه شدت میدان الکتریکی به مقادیر در حدود 107 ولت بر متر می­رسد و هنگامی که میدان الکتریکی ایجاد شده تا این حد افزایش ­یابد، حباب­های گازی یونیزه شده و تخلیه پلاسمایی انجام خواهد شد که می­تواند موجب ذوب موضعی در سطح زیرلایه گردد که در ادامه با تماس با الکترولیت سرد، سریعاً منجمد می­شود و منجر به ایجاد پوشش پلاسمای الکترولیتی بر روی سطح می­شود. پوشش­های پلاسمای الکترولیتی از 2 لایه­ اصلی تشکیل شده است. لایه متخلخل خارجی که دارای تخلخل بوده و کانال‌های تخلیه در آن قابل‌رؤیت می­باشد و لایه­ی کاملاً فشرده و چگال داخلی که بر روی سطح ایجاد می­شود­ [13-15].

 

 

شکل (3): مکانیزم فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی [12].

نتایج تحقیقاتی که پیش­تر توسط محققین انجام شده است نشان می­دهد که فرآیند پوشش­دهی به روش PEO بر روی زیرلایه آلومینیومی عموماً در الکترولیت­های سیلیکاتی، آلومیناتی و فسفاتی انجام می­شود [16-17]. همچنین افزودنی­هایی نظیر KOH به‌منظور افزایش هدایت الکتریکی و تنظیم pH و NaF برای یکنواختی هر چه بیشتر پوشش به الکترولیت اضافه می­شوند [18]. علاوه بر نوع الکترولیت، غلظت و افزودنی­های موجود در آن، پارامترهای عملیاتی نظیر چگالی جریان، شکل موج، تابع کار، فرکانس نیز بر کیفیت پوشش اثر می­گذارد که نتیجه پژوهش­های گذشته نشان می­دهد استفاده از جریان پالسی منجر به ایجاد فاز Al2O3 γ می­شود که باعث بهبود چسبندگی پوشش می­شود و قطر متوسط تخلخل­ها در فرکانس 50 هرتز و تابع کار 50% در یک حالت نسبتاً بهینه قرار می­گیرد [19-21].

هدف این پژوهش، اعمال پوشش PEO فاقد عیب در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی بر روی زیرلایه و سپس بررسی خواص و کیفیت پوشش می­باشد از جمله پارامترهای مورد بررسی می­توان به مکانیزم و نحوه ایجاد پوشش، مطالعات فازی، خواص خوردگی و سایشی اشاره کرد.

 

2- مواد و رو­ش تحقيق

در این پژوهش بررسی ویژگی­های پوشش PEO اعمالی بر روی زیرلایه آلومینیومی از آلیاژ آلومینیوم AA5052 به‌عنوان زیرلایه استفاده می­شود که ترکیب شیمیایی این آلیاژ در جدول (1) قابل‌ملاحظه می­باشد.

 

جدول (1): ترکیب شیمیایی آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در این پژوهش.

Al	Zn	Ca	Si	Cr	Fe	Mg	عناصر آلیاژی
بقیه	01/0	04/0	08/0	16/0	34/0	27/2	درصد

 

زیرلایه­های با ضخامت 5/2 میلی­متر، ابتدا در ابعاد 20×40 میلی­متر برش داده می­شوند و پس از آماده­سازی اولیه و چربی­گیری توسط استون، آماده پوشش­دهی می­شوند. در این پژوهش برای اعمال پوشش پلاسمای الکترولیتی از دو الکترولیت پایه سیلیکاتی و آلومیناتی استفاده می­شود که اجزای تشکیل‌دهنده آن در جدول (2) آورده شده است.

 

جدول (2): ترکیب شیمیایی الکترولیت­های سیلیکاتی و آلومیناتی.

ترکیب شیمیایی (g/lit)
NaF	KOH	NaAlO2	Na2SiO3
5/1	2	0	10	سیلیکاتی	نوع الکترولیت
5/1	2	10	0	آلومیناتی

 

و در ادامه فرآیند پوشش­دهی تحت جریان ثابت (mA/cm2450) با شکل پالس مربعی و چرخه کار 50 درصد و با فرکانس Hz 50 در مدت‌زمان 5/8 دقیقه بر روی سطح انجام می­شود لازم به ذکر است ولتاژ در هر ثانیه توسط دستگاه ثبت می­شود تا در انتها منحنی ولتاژ برحسب زمان فرآیند پوشش­دهی پلاسمای الکترولیتی رسم شود. 

بـرای مشخصه­یـابی و بـررسی کیفیت و خواص پوشش، ابتدا ضخامت پوشش به روش غیر مخرب و با استفاده از دستگاه ضخـامت سنج Fisher مـدلDual Scope MP40 اندازه­گیری می­شود و در ادامه جهت انجام مطالعات فازی و بررسی فازهای تشکیل شده از آزمون پراش اشعه ایکس استفاده می­شود برای این منظور آزمون XRD با استفاده از دستگاه Philips-XRG3100 بر روی نمونه­ها انجام می­شود به‌علاوه جهت بررسی رفتار خوردگی و اندازه­گیری میزان سرعت خوردگی و مقاومت الکتریکی پوشش از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک استفاده می­شود به‌نحوی‌که این آزمون در نمونه­ی فاقد و دارای پوشش پلاسمای الکترولیتی در محلول 5/3% وزنی NaCl (شبیه­ساز آب دریا) با استفاده از دستگاه Autolab PGSTAT 302N انجام می­شود و آزمایش سایش به جهت بررسی خواص سایشی نمونه مطابق با استاندارد ASTM G99 (تحت نیروی 10 نیوتون و مسافت 500 متر) با استفاده از دستگاه WTC 02 انجام گرفت و در نهایت برای بررسی مورفولوژی و شکل پوشش PEO ایجاد شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل MIRA3 TESCAN-XMU که مجهز به سیستم آنالیزEDS  می­باشد، استفاده می­شود.

 

3- نتایج و بحث

3-1- اندازه­گیری ضخامت پوشش

ضخامت پوشش تشکیل شده بر روی زیر لایه آلومینیومی در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی تحت پارامترهای عملیاتی مذکور در مدت‌زمان 5/8 دقیقه در جدول (3) آورده شده است همان­طور که ملاحظه می­شود ضخامت پوشش در بخش­های مختلف نمونه تقریباً یکسان و برابر می­باشد به‌علاوه ضخامت پوشش PEO اعمالی در الکترولیت سیلیکاتی نسبت به الکترولیت آلومیناتی بیشتر می­باشد. 

لازم به ذکر است استفاده از روش غیر مخرب برای اندازه‌گیری ضخامت پوشش­هایPEO  تا زمانی که ضخامت پوشش­ها کمتر از mµ 40 باشد، مشکلی نداشته و اعداد گزارش شده قابل استناد می­باشند اما چنانچه ضخامت پوشش­ از mµ 40 بیشتر باشد استفاده از این ‌روش به دلیل خطای زیادی که دارد منطقی نیست [22].

 

جدول (3): ضخامت پوشش PEO در الکترولیت­های مختلف.

میانگین ضخامت پوشش ((µm	نوع الکترولیت
27/0 ± 33/15	الکترولیت سیلیکاتی
16/0 ± 83/13	الکترولیت آلومیناتی

 

3-2- بررسی منحنی V-t در فرآیند PEO

شکل (3) منحنی­های ولتاژ - زمان نمونه­ها­ی پوشش­دهی شده در الکترولیت پایه سیلیکاتی و آلومیناتی تحت چگالی جریان ثابت mA/cm2450 به همراه خطوط راهنمای جداکننده‌ی مراحل مختلف آورده شده است. در مرحله­ی اول، ولتاژ به‌صورت خطی با شیب زیاد با زمان تغییر می­کند امـا جـرقه­ای در ایـن مرحله بـر روی سطح نمونه ایجاد نمی­شود. شیب بسیار زیاد منحنی در مرحله­ی اول با دو پدیده قابل توجیه است، نخست انحلال زیر لایه که سبب ایجاد یک لایه­ی غیرفعال بر روی سطح می­شود و از هدایت الکتریکی پایینی برخوردار می­باشد و دوم اینکه در این مرحله حجم زیادی گاز آزاد می­شود که مقداری از آن جذب سطح آند می­گردد. حال وجود این دو لایه با هدایت الکتریکی بسیار پایین سبب می­شود برای ثابت ماندن چگالی جریان، ولتاژ به سرعت بالا رود. در مرحله دوم فرآیند همچنان ولتاژ به‌صورت خطی با زمان افزایش می­یابد اما از شیب این تغییرات اندکی کاسته می­شود در این مرحله که ولتاژ شروع آن به ولتاژ شکست معروف است، جرقه­های سفید رنگ و بسیار ریز بر روی سطح نمونه دیده می­شوند که سطح آند را با سرعت بالا جاروب می­کنند. به‌علاوه لازم به ذکر است که شکل، اندازه و رنگ­ جرقه­های ایجاد شده در این مرحله با جرقه­های سایر مراحل متفاوت است [15-13].

 

 

شکل (3): منحنی ولتاژ برحسب زمان در فرآیند پوشش­دهی PEO در الکترولیت­های سیلیکاتی و آلومیناتی.

 

  با رسیدن به مرحله­ی سوم به‌تدریج از تعداد جرقه­ها کاسته و به‌اندازه‌ی آن­ها افزوده می­شود در این مرحله مطابق شکل (4) رنگ جرقه­ها نیز نسبت به مرحله قبل تغییر می­کند و همان‌طور که مشخص است میزان تغییرات ولتاژ نسبت به زمان نیز در این مرحله به‌شدت افت می­کند و شیب منحنی ولتاژ برحسب زمان برخلاف مراحل قبل به آهستگی شروع به افزایش می­کند به این علت که پوشش اکسیدی در این مرحله کاملاً سطح را پوشانده است و مقاومت سطحی به یک مقدار ثابت رسیده است و صرفاً در طول این مرحله به ضخامت پوشش پلاسمای الکترولیتی حاصل افزوده می­شود و این مشاهدات کاملاً برخلاف مرحله­ی اول و دوم می­باشد که با ایجاد لایه­ی اکسیدی اولیه برای ثابت نگه داشته شدن چگالی جریان در فرآیند جریان ثابت، مقدار ولتاژ به نحو قابل‌توجهی افزایش می­یافت.

در این پژوهش، تقریباً به‌محض ورود به مرحله چهارم فرآیند متوقف می­شود اما به‌طورکلی در مرحله­ی چهارم تنها تعداد کمی جرقه با اندازه بزرگ و انرژی زیاد بر روی سطح نمونه و در مکان­های مرجح و خاص زده می­شود که انرژی زیاد این جرقه­ها می­تواند کیفیت پوشش را دستخوش تغییر قرار داده و خسارت­های برگشت‌ناپذیری را به پوشش وارد کند ازاین‌رو همان­طور که ذکر گردید، سعی می­شود فرآیند پوشش­دهی وارد این مرحله نشود. به‌علاوه پس از گذشت زمان­های طولانی­ ولتاژ افت پیدا می­کند و اصطلاحاً وارد منطقه رژیم آرام می­شود گفته می­شود در این مرحله بخشی از پوشش اکسیدی حاصل از فرآیند PEO حل شده و سبب افت هدایت الکترولیت می­گردد. در شکل (4)  تصاویر ماکروسکوپی از سطح نمونه در خلال فرآیند PEO طی گذر از مراحل مختلف آورده شده است که به نحوی مکمل توضیحات ارائه شده می­باشد [23].

 

 

شکل (4): تصویر ماکروسکوپی از سطح نمونه حین انجام فرآیند PEO الف) در الکترولیت سیلیکاتی ب) در الکترولیت آلومیناتی.
I) مرحله اول (آزاد شدن گاز)، II) مرحله دوم (ایجاد جرقه­های ریز روی سطح)، III) مـرحله سوم (تغییر رنگ جـرقه­ها و افزایش اندازه آن­ها) و IV) مرحله چهارم (ایجاد جرقه در مکان مرجح).

 

3-3- مطالعات فازی

نتایج حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس نمونه­های آلومینیومی در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی در شکل 5 آورده شده است. همان­گونه که مشاهده می­شود، در نهایت فازهای اکسیدی نظیر -Al2O3  γو -Al2O3 α پس از انجام فرآیند PEO  روی زیرلایه ایجاد می­شوند به‌علاوه لازم به ذکر است با توجه به قلیایی بودن محیط امکان تشکیل فاز Al(OH)3 نیز مطابق با واکنش­های زیر وجود دارد [24-27].

 

Al à Al3+ + 3e-

2Al3+ + 3O2- à Al2O3

Al3+ + 3OH- à Al(OH)3

 

فاز Al(OH)3 تشکیل شده در ادامه مطابق با واکنش پیشنهادی زیر به فاز اکسیدی به  Al2O3 تبدیل می­شود.

 

2Al(OH)3 à Al2O3 + 3H2O

 

حین فرآیند پوشش­دهی مذاب از میکروکانال­های تخلیه خارج می­شود و پس از برخورد با الکترولیت که معمولاً در دمای پایین نگه داشته می­شود، به سرعت منجمد شده که طی این فرآیند فاز -Al2O3  γایجاد می­شود. سپس، دمای پـوشش بـه‌واسطه پایین بودن نرخ انتقال حرارت افزایش می­یابد در نتیجه بخشی از فاز شبه پایدار -Al2O3  γ مطابق با واکنش پیشنهادی زیر در محدوده دمایی 800 تا 1200 درجه سانتی­گراد به فاز پایدار -Al2O3 α تبدیل می­شود [28].

 

γ-Al2O3 à α-Al2O3    (800-1200 ֯C)

 

شکل (5): الگوی پراش پرتوی ایکس نمونه‌های پوشش­دهی شده در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی.

 

همچنین لازم به ذکر است در الکترولیت پایه سیلیکاتی یون‌های  SiO32-به فصل مشترک پوشش - الکترولیت مهاجرت می­کنند و تحت میدان الکتریکی و دمای بالا، واکنش­های زیر رخ می­دهد که طی آن فاز در پوشش ایجاد می­شود [29]. (یون­های ناپایدار  HSiO3-نیز می­توانند به سمت فصل مشترک پوشش - الکترولیت مهاجرت می­کنند کـه روی سطح تحت میـدان الکتـریکی تجزیـه شده و یون­های به وجود می­آیند).

 

SiO32- + 2H+ à SiO2 + H2O

 

اما علیرغم واکنش مذکور، فاز SiO2 در نتایج حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) پوشش PEO ایجاد شده در اکترولیت پایه سیلیکاتی مشاهده نمی­شود و این در حالی است که در آزمون  EDS حضور سیلیسیم در پوشش ایجاد شده روی آلـومینیوم اثبـات گردید علت این موضوع را می­توان به آمورف بودن فاز SiO2 تشکیل شده و عدم توانمندی آزمون  XRD در شناسایی فازهای آمورف، نسبت داد. [30].

 

3-4- بررسی رفتار خوردگی

در شکل (6) منحنی­­های پلاریزاسیون نمونه­ فاقد پوشش و نمونه­های پوشش­دهی شده به روش PEO در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی در محلول NaCl 5/3% آورده شده است به‌علاوه داده­­های الکتروشیمیایی استخراج شده از این منحنی­های پلاریزاسیون نظیر سرعت خوردگی، پتانسیل خوردگی و مقاومت الکتریکی پوشش نیز در جدول 4 قابل‌ملاحظه می­باشد.

 

 

شکل (6): منحنی­های پلاریزاسیون نمونه­های مختلف غوطه­ور شده در محلول NaCl 5/3%.

 

همان­گونه که به‌صورت کیفی از شکل (6) و به‌صورت کمی از جدول (4) مشخص است سرعت خوردگی در نمونه­های دارای پوشش پلاسمای الکترولیتی به‌مراتب نسبت به نمونه فاقد پوشش کاهش‌یافته است که این نشان‌دهنده‌ی نقش حضور پوشش  PEO است. در فرآیند پوشش­دهی به روش PEO یک لایه ضخیم اکسیدی بر روی سطح ایجاد می­شود که از دو بخش درونی و بیرونی که قسمت درونی کاملاً به هم فشرده و چگال و بخش خارجی متخلخل که این لایه اکسیدی مقاومت به خوردگی سطح را به شکل قابل‌توجهی افزایش می­دهد لازم به ذکر است افزایش چگالی جریان و مدت‌زمان پوشش­دهی از یک سو منجر به افزایش ضخامت پوشش می­شود اما از سوی دیگر منجر به افزایش اندازه تخلخل­ها می­شود که در نهایت منجر کاهش مقاومت در برابر سایش و خوردگی می­شود [31-33].

 

جدول (4): نتایج حاصل از منحنی­های پلاریزاسیون ارائه شده در شکل6.

Icorr (A/cm2)	Rp cm2	Ecorr (V)	نمونه­ها
18/7×6-10	4/4368	007/1-	زیرلایه آلومینیوم فاقد پوشش
7/3×7-10	232684	840/0-	زیرلایه دارای پوشش (الکترولیت سیلیکاتی)
22/3×7-10	274867	808/0-	زیرلایه دارای پوشش (الکترولیت آلومیناتی)

 

از یک طرف مطابق با جدول 5 مقاومت الکتریکی سطح زیرلایه به مقدار قابل‌توجهی افزایش می­یابد که علت آن وجود پوشش ضخیم اکسیدی بر روی سطح می­باشد که این پدیده منجر به کاهش قابل‌توجه ضریب هدایت حرارتی می­شود به‌نحوی‌که ضریب هدایت حرارتی نمونه آلومینیومی فاقد پوشش مطابق منابع از W/mK 135 به چیزی در حدود W/mK 3- 5/1 در نمونه دارای پوشش پلاسمای الکترولیتی می­رساند که این موضوع نشان­دهنده سد حرارتی فوق‌العاده پوشش PEO می­باشد که برخورداری از این ویژگی در استفاده از این پوشش به‌عنوان پوشش محافظ استکان تایپیت اهمیت بالایی دارد [34-35].

 

 

 

3-5- بررسی خواص سایشی

آزمون سایش بر روی نمونه فاقد پوشش و نمونه­های پوشش دهی شده در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی انجام شد و نتایج حاصل از آن در قالب نمودارهای ضریب اصطکاک بـرحسب مسافت طی شده در شکل (7) آورده شد.

همان­گونه که مشاهده می­شود اعمال پوشش اکسیدی و سخت PEO بر روی سطح منجر به کاهش ضریب اصطکاک می­شود و یا به عبارت دیگر مقاومت در برابر سایش افزایش می­یابد [36-39].

 

 

شکل (7): منحنی­های ضریب اصطکاک برحسب مسافت طی شده.

 

جرم نمونه­های پوشش­دهی شده قبل و بعد از آزمون سایش اندازه­گیری می­شود و در ادامه با استفاده از فرمول (1) نرخ سایش نمونه­ها محاسبه می­شود.

 

نرخ سایش برای نمونه­های پوشش­دهی شده در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی برابر است با  52/0 و µg/N.m 34/0 که به ترتیب کاهش 15/6 و 41/9 برابری نسبت به نمونه­ فاقد پوشش از خود نشان می­دهد که بیانگر این است که مقاومت در برابر سایش در این نمونه­های پوشش­دهی شده به میزان قابل‌توجهی افزایش یافته است و با توجه به این موضوع که بادامک­های میل‌سوپاپ به‌صورت مستمر بر روی استکان تایپیت در حال پرس کردن (سایش مداوم توأم با ضربه)، می‌باشد این افزایش مقاومت در برابر سایش سبب می­گردد که طول عمر استکان تایپیت به شکل چشمگیری افزایش یابد.

 

3-6- بررسی میکروسکوپی

پوشش­ PEO  از دو لایه اصلی تشکیل شده ­است یکی لایه بیرونی که مورفولوژی آن شامل تخلخل­های­ ریز و درشت بوده و دیگری لایه داخلی که کاملاً به هم فشرده و چگال می‌باشد. در شکل (8) و (9) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح پوشش پلاسمای الکترولیتی اعمال شده بر روی زیرلایه آلومینیومی در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی آورده شده است و برای مقایسه بهتر تخلخل­ها، تصاویر میکروسکوپی با استفاده از نرم‌افزار MIP مورد آنالیز کمی قرار می‌گیرند که طی آن قطر متوسط تخلخل­ها در کنار درصد سطح اشغال شده توسط تخلخل­ها محاسبه می­شود.

مطابق با قسمت الف تصویر (8)، پوشش PEO اعمال شده بر روی زیرلایه آلومینیومی از الکترولیت سیلیکاتی کاملاً متخلخل می­بـاشد. نتایج حاصل از آنالیزهای کمی نشان می­دهد که قطر متوسط تخلخل­ها در این پوششµm 04/3 می­باشد به‌علاوه درصدی از سطح که توسط تخلخل­ها اشغال شده است نیز برابر با 11/24 می­باشد. آنالیز EDS نیز روی بخشی از سطح پوشش که در تصویر 8 قابل‌ملاحظه می­باشد، انجام شد که نتایج حاصل از آن نشان داد که مقدار قابل‌توجهی سیلیسیم در پوشش اعمالی بر روی سطح وجود دارد.

 

 

شکل (8): الف) مورفولوژی سطح پوشش PEO اعمالی بر روی سطح از الکترولیت سیلیکاتی، ب) نتایج حاصل از آنالیز EDS  و ج، د) نتایج حاصل از آنالیز کمی تصویر میکروسکوپی (ج، قطر متوسط تخلخل­ها د، درصد سطح اشغال شده توسط تخلخل­ها. 

 

مطابق با قسمت الف تصویر (9)، پوشش اعمالی بر روی زیرلایه آلومینیومی از الکترولیت آلومیناتی نیز دارای ساختـاری متخلخل می­باشد به‌نحوی‌که قطر متوسط تخلخل­ها در این پوشش µm 69/2 می­باشد و همچنین درصدی از سطح که توسط تخلخل­ها اشغال شده است نیز برابر با 56/15 می­باشد که این موارد نشان­دهنده این موضوع است که پوشش PEO حاصل از الکترولیت آلومیناتی نسبت به سیلیکاتی چگال­تر و از زبری کمتری برخوردار می­باشد در انتها لازم به ذکر است عواملی نظیر غلظت اجزای الکترولیت، اضافه کردن افزودنی‌های خاص به الکترولیت، چگالی جریان اعمالی و ... نیز می­تواند بر روی اندازه تخلخل­ها تأثیرگذار باشد [40].

 

 

شکل (9): الف) مورفولوژی سطح پوشش PEO اعمالی بر روی سطح از الکترولیت آلومیناتی،  ب) نتایج حاصل از آنالیز EDS و ج، د) نتایج حاصل از آنالیز کمی تصویر میکروسکوپی (ج، قطر متوسط تخلخل­ها د، درصد سطح اشغال شده سطح توسط تخلخل­ها.

 

4- نتیجه­گیری

در این پژوهش، کیفیت و خواص پوشش PEO اعمالی بر زیرلایه ­آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفت و بر اساس این نتایج مشخص گردید که این پوشش­ها می­توانند کیفیت و طول عمر استکان تایپیت­های آلومینیومی را به شکل چشمگیری افزایش دهند و مشخص گردید که کیفیت حاصل از پوشش PEO ایجاد شده در الکترولیت آلومیناتی به نحوی است که کاملاً قابل رقابت با استکان تایپیت­های فولادی است.

1- بر اساس منحنی­های V-t مشخص گردید که ولتاژ شکست در الکترولیت آلومیناتی بیش­تر از سیلیکاتی است که دلیل اصلی آن نیز پایین­تر بودن هدایت الکتریکی الکترولیت آلومیناتی نسبت به سیلیکاتی در نسبت­های اختلاط مساوی می­باشد.

2- بر اساس نتایج آزمون تفرق اشعه ایکس می­توان گفت پوشش اکسیدی حاصل از الکترولیت سیلیکاتی دارای فازهای -Al2O3  γ، -Al2O3 α و  SiO2 می­باشد و پوشش PEO حاصل از الکترولیت آلومیناتی از فازهای -Al2O3  γو -Al2O3 α تشکیل شده است.

3- سرعت خوردگی پوشش پلاسمای الکترولیتی حاصل از الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی برابر است با 7-10×7/3 و A/cm2 10-7×22/3 که به ترتیب کاهش 19 و 22 برابری نسبت به نمونه فاقد پوشش و همچنین نرخ سایش نمونه­های پوشش­دهی شده در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی برابر است با 52/0 و µg/N.m 34/0 که به ترتیب کاهش 15/6 و 41/9 برابری نسبت به نمونه فاقد پوشش را نشان می­دهد.

4- نتـایج حاصل از آنـالیز کمی مـورفـولوژی سطح پوشش­های PEO با استفاده از نرم‌افزار MIP بیانگر این نکته می­باشدکه قطر میانگین تخلخل­ها در الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی به ترتیب برابر است با µm 04/3 و µm 69/2  و همچنین درصدی از سطح که توسط تخلخل­ها اشغال شده است نیز به ترتیب 11/24 و 56/15 می­باشد.

 

5- مراجع

[1] H. Yamagata, "The Science and Technology of Materials in Automotive Engines", Woodhead Publishing, 2005.

 

[2] J. Wang, X. Pang & H. Jahed. "Surface protection of Mg alloys in automotive applications: A review", AIMS Materials Science, vol. 6, pp. 567-600, 2019.

 

[3] م. ضرغامی و ح. ر. سراجی، "توسعه کاربرد کامپوزیت‌ها و آلیاژهاي غیر آهنی در قطعات خودرو به‌منظور سبک‌سازی و کاهش مصرف سوخت"، پنجمین همایش سالانه بین‌المللی صنعت خودرو ایران، 1395.

 

[4] J. Tan & S. Ramakrishna, "Applications of magnesium and its alloys: A review", Applied Sciences, vol. 11, pp. 61-68, 2021.

 

[5] H. Dong, "Surface Engineering of Light Alloys Aluminium, Magnesium and Titanium Alloys", Woodhead Publishing, 2010.

 

[6] E. Syuichi, M. Masuda, H. Fujita, S. Hayashi, Y. Terashima & K. Motosugi, "Aluminum valve lifter for Toyota new V-8 engine", no. 900450. SAE Technical Paper, 1990.

 

[7] L. S. Woo. "Composite hybrid valve lifter for automotive engines", Composite structures, vol. 71, pp. 26-33, 2005.

 

[8] D. Kosuke & H. Kurita, "Development of lightweight DLC coated valve lifter made from beta titanium alloy for motorcycles", SAE International Journal of Materials and Manufacturing, vol. 6, no. 1 pp.105-112, 2013.

 

[9] آ، موسوی و و، مقدم نیا، "علل سایش قطعه استکان تایپت چدنی و روش­هاي بهبود خواص"، هفتمين همايش بین‌المللی موتورهاي درون‌سوز، 1390.

 

[10] R. O. Hussein, X. Nie & D. O. Northwood, "An investigation of ceramic coating growth mechanisms in plasma electrolytic oxidation (PEO) processing", Electrochimica Acta, vol. 112, pp. 111-119, 2013.

 

[11] Gh. Barati, M. Aliofkhazraei, P. Hamghalam & N. Valizade, "Plasma electrolytic oxidation of magnesium and its alloys: Mechanism, properties and applications", Journal of Magnesium and Alloys, vol. 5, pp. 74-132, 2017.

 

[12] M. Kaseem, S, Fatimah, N, Nashrah & Y, Gun Ko, "Recent progress in surface modification of metals coated by plasma electrolytic oxidation: Principle, structure, and performance", Progress in Materials Science, vol.117, 2021.

 

[13] A. L. Yerokhin & X. Nie, "Plasma electrolysis for surface engineering", Surface and Coatings Technology, vol. 122, pp.73-93, 1999.

 

[14] F. Simchen, S. Maximilian, A. Kopp & T. Lampke, "Introduction to plasma electrolytic oxidation—An overview of the process and applications", Coatings, vol. 10, pp. 628-646, 2020.

 

[15] P. Gupta, G. Tenhundfeld, E. O. Daigle & D. Ryabkov, "Electrolytic plasma technology: Science and engineering - An overview", Surface and Coatings Technology, vol. 201, pp. 8746-8760, 2007.

 

[16] A. Polat & M. Makaraci, "Influence of sodium silicate concentration on structural and tribological properties of micro arc oxidation coatings on 2017A aluminum alloy substrate", Journal of Alloys and Compounds, vol. 504, pp. 519–526, 2010.

 

[17] K. Wang & B. H. Koo, "Effects of electrolytes variation on formation of oxide layers of 6061 Al alloys by plasma electrolytic oxidation", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol.19, pp. 866-870, 2009.

 

[18] A. Němcová, B. Pacal & P. Skeldon, "Effect of fluoride on plasma electrolytic oxidation of AZ61 magnesium alloy", Surface & Coatings Technology, vol. 232, pp. 827-838, 2013.

 

[19] J. J. Zhuang, N. Xiang & R. G. Song, "Effect of current density on microstructure and properties of PEO ceramic coatings on magnesium alloy", Surface Engineering, vol. 33, pp. 744-752, 2016.

 

[20] S. Xin, R. Zhao & L. Song, "Influence of cathodic current on composition, structure and properties of Al2O3 coatings on aluminium alloy prepared by micro-arc oxidation process", Thin Solid Films, vol. 515, pp. 326-332, 2006.

 

[21] X. Zhanga & Y. Zhanga, "Effects of frequency on growth process of plasma electrolytic oxidation coating" Materials Chemistry and Physics, vol. 132, pp. 909– 915, 2012.

 

[22] S. Aliasghari, P. Skeldon & G. E. Thompson, "Plasma electrolytic oxidation of titanium in a phosphate/silicate electrolyte and tribological performance of the coatings", Applied Surface Science, vol. 316, pp. 436-476, 2014.

 

[23] S. Onoa, S. Moronukia & Y. Morib, "Effect of electrolyte concentration on the structure and corrosion resistance of anodic Films formed on Magnesium through plasma electrolytic oxidation", Electrochimica Acta, vol. 240, pp. 415-423, 2017.

 

[24] W. C. Gu, G. H. Lv, H. Chen & G. L. Chen, "Characterisation of ceramic coatings produced by plasma electrolytic oxidation of aluminium alloy", Materials Science and Engineering, vol. 447, pp. 158–162, 2007.

 

[25] A. G. Rakoch, A. A. Gladkova & V. L. Kovalev, "The Mechanism of Formation of Composite Microarc Coatings on Aluminium Alloys", Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, vol. 49, pp. 880-884, 2013.

 

[26] L. Wanying, Y. Pu, H. Liao, Y. Lin & W. He, "Corrosion and wear behaviour of PEO coatings on D16T aluminium alloy with different concentrations of graphene", Coatings, vol. 10, no. 3, pp.230-249 2020.

 

[27] M. Nadimi, C. Dehghanian & A. Etemad moghadam, "Influence of SiO2 nanoparticles incorporating into ceramic coatings generated by PEO on Aluminium alloy: Morphology, adhesion, corrosion, and wear resistance", Materials Today Communications, vol. 31, 2022.

 

[28] W. Liu, P. Yi Pu, L. Hongcheng & Y. Lin, "Corrosion and wear behaviour of PEO coatings on D16T aluminium alloy with different concentrations of graphene", Coatings, vol. 10, pp. 249-259, 2020.

 

[29] L. Guohua, W. Gu, H. Chen, W. Feng & M. Latif Khosa, "Characteristic of ceramic coatings on aluminum by plasma electrolytic oxidation in silicate and phosphate electrolyte", Applied Surface Science, vol. 253, pp. 2947-2952, 2006.

 

[30] S. Aliasghari, M. Ghorbani, P. Skeldon & H. Karami, "Effect of plasma electrolytic oxidation on joining of AA 5052 aluminium alloy to polypropylene using friction stir spot welding" Surface and Coatings Technology, vol. 313, pp. 274-281, 2017.

 

[31] K. Wang, B. H. Koo & L. Chan-Gyu "Effects of electrolytes variation on formation of oxide layers of 6061 Al alloys by plasma electrolytic oxidation", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 19, pp. 866-870, 2009.

 

[32] A. Polat, M. Makaraci & M. Usta,  "Influence of sodium silicate concentration on structural and tribological properties of micro arc oxidation coatings on 2017A aluminum alloy substrate", Journal of Alloys and Compounds, vol. 504, pp. 519–526, 2010.

 

[33] A. Toulabifard, M. Rahmati, K. Raeissi, A. Hakimizad & M. Santamaria. "The effect of electrolytic solution composition on the structure, corrosion, and wear resistance of PEO coatings on AZ31 magnesium alloy", Coatings, vol. 10, pp. 937-946, 2020.

 

[34] P. V. Ivashin, A. V. Polunin, M. M. Krishtal, A. Tverdokhlebov & E. D. Borgardt, "The influence of SiO2 nanoparticles addition into electrolyte on the thermal conductivity of oxide layer formed on eutectic aluminium-silicon alloy by PEO", Journal of Physics: Conference Series, vol. 112, IOP Publishing, 2018.

 

[35] ص. اسماعیلی، ت. احمدی، ح. بخششی و ع. نوربخش، "تأثیر افزودن اکسید گرافن بر رفتار خواص تریبولوژی پوشش­های ایجاد شده روی آلیاژ منیزیم AZ31 به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال شانزدهم، شماره سوم، صفحه 29-39، 1401.

 

[36] Ch. Yang, Z. Jiayu, C. Suihan, P. Chen, W. Zhongcan, M. Zhengyong, K. F. Ricky, T. Xiubo, K. C. Paul & W. Zhongzhen, "Wear and corrosion resistant coatings prepared on LY12 aluminum alloy by plasma electrolytic oxidation", Surface and Coatings Technology, vol. 409, pp. 885-893, 2021.

 

[37] M. Treviño, N. F. Garza-Montes, A. Pérez, M. A. L. Hernández-Rodríguez, A. Juárez, & R. Colás, "Wear of an aluminium alloy coated by plasma electrolytic oxidation", Surface and Coatings Technology, vol. 206, pp. 2213-2219, 2012.

 

[38] R. Vignesh, R. Vaira & R. Padmanaban, "Influence of friction stir processing parameters on the wear resistance of aluminium alloy AA5083", Materials Today, vol. 55, pp. 7437-7446, 2018.

 

[39] U. Malayoglu, C. Kadir, U. Tekin, U. Malayoglu  & S. Shrestha, "An investigation into the mechanical and tribological properties of plasma electrolytic oxidation and hard-anodized coatings on 6082 aluminum alloy", Materials science and Engineering, vol. 528, no. 24, pp.7451-7460, 2011.

 

[40] N. Xiang, R. G. Song, H. Li, C. Wang, Q. Z. Mao & Y. Xiong, "Study on microstructure and electrochemical corrosion behaviour of PEO coatings formed on aluminium alloy", Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 24, pp. 5022-5031, 2015.

 

6- پی­نوشت

 

[1] Plasma Electrolytic Oxidation

[2] Micro-Arc oxidation

[3] Anode Spark Electrolysis

[4] Plasma Electrolytic Anode Treatment

[5] Plasma-Electrolytic Anodizing

[6] Gupta

 

برای ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید:

Please cite this article using:

Saeed Safari, Esmaeil Ahmadi, Hossein Safari, Investigation on Corrosion and Tribological Behaviour of Plasma Electrolytic Oxidation Coating Formed on Aluminium Hydraulic Tappet, New Process in Material Engineering, 2024, 18(2), 63-73.

 

 

 

(1)

---