اثر فركانس بر ميكروساختار، تركيب و مقاومت به خوردگي پوشش تشكيل شده به روش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي بر زيرلايه آلياژ منيزيم AZ31

Effects of Working Frequency on The Microstructure and Corrosion Resistance of Plasma Electrolytic Oxidation Coatings Formed on AZ31 Mg Alloy

فرايند اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي (PEO) روشي نوين و اميد بخش براي پوشش‌دهي آلياژهاي سبك از جمله منيزيم است. در اين فرايند، متغيرهاي زيادي بر كيفيت و خواص پوشش تأثيرگذارند كه در اين پژوهش به اثر فركانس بر خواص پوشش‌هاي PEO حاصل بر زيرلايه آلياژ منيزيم AZ31 پرداخته شده است. فرايند پوشش‌دهي در رژيم جرقه‌زني نرم در يك الكتروليت پايه سيليكاتي در فركانس‌هاي 1، 2 و 3 كيلوهرتز انجام شد. پوشش‌ها داراي مورفولوژي شبكه‌اي (داربستي) از ميكرو تخلخل‌ها، ميكرو ترك‌ها و گرانول‌هايي از تركيبات اكسيدي بودند كه با افزايش فركانس تغيير قابل‌توجهي در مورفولوژي آن به‌وجود نيامد. همچنين پوشش‌ها داراي تركيبات فازي اكسيد منيزيم، منيزيم فلوريد، فورستريت، اكسيد سيليسيوم (آمورف) و آناتاز(كريستالي و آمورف) بودند كه نشانگر مشاركت عناصر زيرلايه و الكتروليت در فرايند پوشش‌دهي است. بر اساس تصاوير سطح مقطع، ضخامت پوشش با افزايش فركانس دستخوش تغيير نشده بود، ليكن تخلخل‌ها در سطح مقطع پوشش افزايش يافته‌اند. همچنين با افزايش فركانس حفرات ريزي در لايه داخلي متراكم پوشش ظاهر شد. به منظور بررسي رفتار خوردگي پوشش‌ها، آزمون طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي در محلول سديم كلريد 5/3 درصد وزني به مدت 7 روز انجام شد. نتايج اين آزمون نشان داد كه با افزايش فركانس و افزايش تخلخل‌ها، سطح بيشتري از پوشش در تماس با محلول قرار مي‌گيرد و همچنين وجود تخلخل در لايه متراكم پوشش امكان دسترسي محلول به زيرلايه را فراهم مي‌كند كه اين امر سبب كاهش عملكرد سدي پوشش مي‌شود.

Plasma electrolytic oxidation is a novel and promising method for coating the light alloys especially magnesium alloys. Several parameters affect the coating quality and its properties, where in this study; the effects of frequency on properties of coatings produced by PEO on AZ31 Mg alloy were investigated. The coating process was performed in a silicate-based electrolyte containing KF and K2TiF6 using a soft-sparking waveforms with 30 % cathodic pulse width at 1, 2, and 3 kHz. The surface morphology of the coatings was a net-like (scaffold) containing a micro-pores network, micro-cracks, and granules of oxide compounds, in which, no noticeable change on coating morphology occurred with increasing the frequency. Also, the coatings were composed of MgO, MgF2, Mg2SiO4, SiO2 (amorphous), and TiO2 (crystalline and amorphous) phases contributed by the elements from both substrate and electrolyte in the coating process. Based on the cross-sectional images, the thickness of coatings displayed no significant increase with increasing in frequency, but the porosity percentage was increased. Also, the very small pores were presented in the inner layer with increasing frequency. Corrosion behavior of the coatings was evaluated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 3.5 wt. % NaCl until 7 days of immersion. The results of the EIS showed that with increasing frequency and porosity, the larger surface of the coating is in contact with the solution, and the presence of porosity in the more compact layer of the coating allowed the access of solution to the substrate, which reduces the barrier performance of the coating.