اثر هیدروکسیدپتاسیم بر رفتار خوردگی پوشش‏های‏ سرامیکی تشکیل‏شده به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی روی زیرلایه تیتانیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 همدان، دانشگاه بوعلی‏ سینا، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مواد

2 همدان، دانشگاه بوعلی‏سینا، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مواد

چکیده

در این تحقیق، پوشش‏های سرامیکی به‏وسیله فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی در حمام پایه آلومیناتی حاوی غلظت‏های متفاوتی از هیدروکسید‏پتاسیم (3، 4 و 5 گرم بر لیتر) روی زیرلایه تیتانیم خالص با موفقیت تشکیل شد. تمامی فرآیندها در ولتاژ ثابت 420 ولت و در مدت زمان 180 ثانیه انجام شدند. اثر ترکیب‏شیمیایی حمام پوشش‏دهی بر ولتاژ جرقه‏زنی، ریزساختار و رفتار خوردگی پوشش‎ها مورد مطالعه قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی سطح و مقطع عرضی و آزمون‏های خوردگی پوشش‏ها در محلول کلریدسدیم 5/3 درصد وزنی نشان دادند که افزایش غلظت هیدروکسیدپتاسیم در حمام پوشش‏دهی از 3 به 4 گرم بر لیتر منجر به افزایش تراکم و یکنواختی ساختار، کاهش اندازه میانگین ریزحفرات سطحی علی‏رغم افزایش درصد تخلخل، افزایش ضخامت و افزایش مقاومت به خوردگی شد. بااین‏حال، افزایش بیش‏تر غلظت هیدروکسیدپتاسیم به 5 گرم بر لیتر در حمام پوشش‏دهی به‏دلیل افزایش بیش‏ازحد هدایت الکتریکی باعث تشکیل جرقه‏های بزرگ‏تر و شدیدتر و درنتیجه افزایش اندازه میانگین ریزحفرات سطحی باوجود کاهش درصد تخلخل و افزایش ضخامت و درنهایت کاهش مقاومت به خوردگی پوشش شد. بنابراین پوشش تشکیل‏شده در حمام پوشش‏دهی حاوی 4 گرم بر لیتر هیدروکسیدپتاسیم، یکنواخت‏ترین و متراکم‏ترین ساختار همراه با ریزترین اندازه حفرات سطحی و بهترین رفتار خوردگی را نشان داد. درواقع، این نمونه با مقاومت به خوردگی معادل با 105×88/22 اهم در سانتی‏متر مربع، مقاومت زیرلایه تیتانیم را در حدود 36 برابر افزایش داد. بااستفاده از الگوی پراش پرتو ایکس مشخص شد که این پوشش از فازهای روتیل، آناتاز و TiAl2O5 تشکیل‏شده بود.

کلیدواژه‌ها


1. S. K. Yazıcı, F. Muhaffel, M. Baydogan, Effect of incorporating carbon nanotubes into electrolyte on surface morphology of micro arc oxidized Cp-Ti, Applied Surface Science, 318(2014)10–14.

2. M. Shokouhfar, C. Dehghanian, M. Montazeri, A. Baradaran, Preparation of ceramic coating on Ti substrate by plasma electrolytic oxidation in different electrolytes and evaluation of its corrosion resistance: Part II, Applied Surface Science, 258(2012)2416–2423.

3. J. H. Wang, J. Wang, Y. Lu, M. H. Du, F. Zh. Han, Effects of single pulse energy on the properties of ceramic coating prepared by micro-arc oxidation on Ti alloy, Applied Surface Science, 324(2015)405–413.

4. S. Sarbishei, M.A. Faghihi Sani, M.R. Mohammadi, Effects of alumina nanoparticles concentration on microstructure and corrosion behavior of coatings formed on titanium substrate via PEO process, Ceramics International, 42(2016)8789–8797.

5. M.R. Bayati, F. Golestani-Fard, A.Z. Moshfegh, R. Molaei, In situ derivation of sulfur activated TiO2 nano porous layers through pulse-micro arc oxidation technology, Materials Research Bulletin, 46(2011)1642–1647.

6. F. Liu, J.L. Xu, D.Z. Yu, F.P. Wang, and L.C. Zhao, Effects of cathodic voltages on the structure and properties of ceramic coatings formed on NiTi alloy by micro-arc oxidation, Materials Chemistry and Physics 121(2010)172–177.

7. Y. H. Wang, Zh. G. Liu, J. H. Ouyang, Y. M. Wang, Y. Zhou, Influence of electrolyte compositions on structure and high temperature oxidation resistance of microarc oxidation coatings formed on Ti2AlNb alloy, Journal of Alloys and Compounds 647(2015)431-437.

8. K. R. Shin, Y. G. Ko, D. H. Shin, Effect of electrolyte on surface properties of pure titanium coated by plasma electrolytic oxidation, Journal of Alloys and Compounds 509S(2011)S478–S481.

9. S. Durdu, O.  F. Deniz, I. Kutbay, M. Usta, Characterization and formation of hydroxyapatite on Ti6Al4V coated by plasma electrolytic oxidation, Journal of Alloys and Compounds, 551(2013)422–429.

10. K. Venkateswarlu, N. Rameshbabu, D. Sreekanth, M. Sandhyarani, AC. Bose, V. Muthupandi, S. Subramanian, Role of electrolyte chemistry on electronic and in vitro electrochemical properties of micro-arc oxidized titania films on Cp Ti, Electrochimica Acta, 105(2013)468–480.

11. K. Venkateswarlu, N. Rameshbabu, D. Sreekanth, A.C. Bose, V. Muthupandi, N.K. Babu, S. Subramanian, Role of electrolyte additives on in-vitro electrochemical behavior of micro arc oxidized titania films on Cp Ti, Applied Surface Science, 258(2012)6853–6863.

12. L. Wang, L. Chen, Z. Yan, H. Wang, J. Peng, The influence of additives on the stability behavior of electrolyte, discharges and PEO films characteristics, Journal of Alloys and Compounds, 493(2010)445–452.

13. A. Fattah-alhosseini, M. Sabaghi Joni, Effect of KOH concentration on the microstructure and electrochemical properties of MAO-coated Mg alloy AZ31B, Journal of Materials Engineering and Performance 24(9)(2015)3444–3452.

14. S. Durdu, S. L. Aktuğ, K. Korkmaz, Characterization and mechanical properties of the duplex coatings produced on steel by electro-spark deposition and micro-arc oxidation, Surface & Coatings Technology, 236(2013)303–308.

15. K. R. Shin, Y. S. Kim, G. W. Kim, H. W. Yang, Y. G. Ko, D. H. Shin, Effects of concentration of Ag nanoparticles on surface structure and in vitro biological responses of oxide layer on pure titanium via plasma electrolytic oxidation, Applied Surface Science, 347(2015)574–582.

16. O.A. Galvis, D. Quintero, J.G. Castaño, H. Liu, G.E. Thompson, P. Skeldon, F. Echeverría, Formation of grooved and porous coatings on titanium by plasma electrolytic oxidation in H2SO4/H3PO4 electrolytes and effects of coating morphology on adhesive bonding, Surface & Coatings Technology, 269(2015)238–249.

17. F. Liu, J. Yu, Y. Song, D. Shan, E.H. Han, Effect of potassium fluoride on the in-situ sealing pores of plasma electrolytic oxidation film on AM50 Mg alloy, Materials Chemistry and Physics, 162(2015)452–460.

18. A. M. Kumar, S. H. Kwon, H. Ch. Jung, K. S. Shin, Corrosion protection performance of single and dual Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) coating for aerospace applications, Materials Chemistry and Physics, 149(2015)480–486.

19. X.L. Zhang, Zh.H. Jiang, Zh.P. Yao, Zh.D. Wu, Electrochemical study of growth behavior of plasma electrolytic oxidation coating on Ti6Al4V: Effects of the additive, Corrosion Science, 52(2010)3465–3473.

20. M. Shokouhfar, C. Dehghanian, A. Baradaran, Preparation of ceramic coating on Ti substrate by plasma electrolytic oxidation in different electrolytes and evaluation of its corrosion resistance, Applied Surface Science, 257(2011)2617–2624.

21. فتاح‏الحسینی، آرش، ساعتچی، احمد، محمدیان صمیم، پرویز .1392 خوردگی فولادهای زنگ نزن. انتشارات انجمن خوردگی ایران.

22. J. Ma, C.Z. Wang, C.L. Ban, C.Z. Chen, H.M. Zhang, Pulsed laser deposition of magnesium-containing bioactive glass film on porous Ti-6Al-4V substrate pretreated by micro-arc oxidation, 125 (2016) 48–55.

23. Zh. Yao, Zh. Jiang, Sh. Xin, X. Sun, X. Wu, Electrochemical impedance spectroscopy of ceramic coatings on Ti–6Al–4V by micro-plasma oxidation, Electrochimica Acta, 50(2005)3273–3279.

24. J.L. Xu, F. Liu, F.P. Wang, D.Z. Yu, L.C. Zhao, Microstructure and corrosion resistance behavior of ceramic coatings on biomedical NiTi alloy prepared by micro-arc oxidation, Applied Surface Science, 254(2008)6642–6647.

25. M. Babaei, Ch. Dehghanian, M. Vanaki, Effect of additive on electrochemical corrosion properties of plasma electrolytic oxidation coatings formed on CP Ti under different processing frequency, Applied Surface Science, 357(2015)712–720.

26. B. Rajasekaran, S. Ganesh Sundara Raman, S.V. Joshi, and G. Sundararajan, Effect of microarc oxidised layer thickness on plain fatigue and fretting fatigue behaviour of Al-Mg-Si alloy, International Journal of Fatigue, 30(2008)1259–1266.

27. R.O. Hussein, X. Nie, D.O. Northwood, A spectroscopic and microstructural study of oxide coatings produced on a Ti–6Al–4V alloy by plasma electrolytic oxidation, Materials Chemistry and Physics, 134(2012)484–492.

28. Q. Huang, T. A. Elkhooly, X. Liu, R. Zhang, X. Yang, Zh. Shen, Q. Feng, SaOS-2 cell response to macro-porous boron-incorporated TiO2 coating prepared by micro-arc oxidation on titanium, Materials Science and Engineering C, 67(2016)195–204.

29. V. S. de Viteri, R. Bayón, A. Igartua, G. Barandika, J. E. Moreno, C. P. J. Peremarch, M. M. Pérez, Structure, tribocorrosion and biocide characterization of Ca, P and I containing TiO2 coatings developed by plasma electrolytic oxidation, Applied Surface Science, 367(2016)1–10.