Studio di rivestimenti ibridi Ti/Al2O3 + TiO2 e Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 come protezione di ultra

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19363 (2022) Citare questo articolo

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La bassa resistenza alla corrosione è un problema significativo delle leghe di magnesio, in particolare delle leghe di magnesio-litio ultraleggere. Il trattamento superficiale è un modo per migliorare la resistenza alla corrosione. Il documento presenta i risultati di prove di rivestimenti Ti/Al2O3 + TiO2 e Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 ottenuti in un processo ibrido che combina metodi PVD e ALD e rivestimento ALD di tipo Al2O3 + TiO2 ottenuto su AE42 (Mg–4Li–2RE) e LAE442 (Mg–4Li–4Al–2RE). Gli studi strutturali sono stati eseguiti utilizzando la microscopia elettronica a scansione e trasmissione (SEM e TEM), la microscopia a forza atomica e metodi spettroscopici EDS e XPS. Sono stati eseguiti test potenziodinamici e spettroscopia di impedenza elettrochimica EIS in soluzione NaCl 0,05 M per determinare le proprietà elettrochimiche dei materiali testati. Inoltre, sono stati eseguiti test di bagnabilità superficiale e proprietà tribologiche utilizzando il metodo sfera su disco. Sulla base dell'analisi delle curve di polarizzazione anodica e dell'analisi Tafel, si è riscontrato che il rivestimento Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 mostrava le migliori proprietà potenziodinamiche su entrambi i substrati. In particolare, sul substrato magnesio-litio, il valore della resistenza di polarizzazione di questo rivestimento ibrido è Rpol = 14 × 103 Ω × cm2, e il valore della corrente di corrosione è jcorr = 0,4 µA/cm2. Per il substrato LAE442 non rivestito, la resistenza di polarizzazione è Rpol = 1,05 × 103 Ω × cm2 e il valore della corrente di corrosione è jcorr = 5,49 µA/cm2. Questo miglioramento è dovuto all’effetto sinergico delle tecnologie combinate PVD e ALD. Lo studio ha confermato l’impatto dei rivestimenti ibridi sul miglioramento delle proprietà anticorrosione e tribologiche delle leghe di magnesio ultraleggere.

Per molti anni, grazie alle eccellenti proprietà quali elevata resistenza specifica, elevata capacità di smorzamento, riciclabilità e bassa densità richieste, le leghe di magnesio e litio sono state ampiamente utilizzate principalmente nell'elettronica di consumo di uso comune e nell'industria automobilistica. L'aggiunta di litio nelle leghe di magnesio determina una migliore formabilità e una densità molto bassa. Al contrario, l’aggiunta di alluminio alle leghe Mg-Li migliora la resistenza e aumenta leggermente la densità, riducendo l’allungamento. Oltre a questi indubbi vantaggi, la lega Mg-Li presenta i seguenti svantaggi: bassa durezza e scarsa resistenza alla corrosione. Mentre le proprietà meccaniche delle leghe di magnesio possono essere effettivamente migliorate modificando la composizione chimica e il trattamento termico e plastico, un grosso problema è il miglioramento della loro resistenza alla corrosione1,2,3,4,5.

A questo scopo viene sempre più spesso utilizzato il trattamento superficiale di questi materiali, ricercando materiali di rivestimento ottimali in un sistema mono o multifase. Il grosso problema è trovare un tale rivestimento o sistema di strati che sia "multifunzionale", cioè resistente non solo alla corrosione ma anche chimicamente stabile, non tossico, con buone proprietà ottiche ed elettriche, eccellenti proprietà idrofile e idrofobiche e buone proprietà fotocatalitiche. proprietà dopo l'esposizione ai raggi UV. L’analisi dei lavori di ricerca mostra che un range così ampio di proprietà fisico-chimiche può essere assicurato, in particolare, dagli ossidi metallici ottenuti mediante metodi di deposizione fisica da fase vapore (PVD) e deposizione chimica da fase vapore (CVD), inclusa la tecnica di deposizione atomica di strati ALD6 ,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

Tra i rivestimenti ottenuti con il metodo PVD sul substrato di leghe di magnesio AZ91D con eccellenti proprietà fisico-chimiche, elevata resistenza alla corrosione, durezza e resistenza all'abrasione, si può distinguere il rivestimento ZrO2 applicato con la tecnica RFPVD, confermato dagli autori in10. Un altro rivestimento PVD che, in particolare, migliora la resistenza alla corrosione è il rivestimento ZnO e il rivestimento duplex ZnO/MWCNT. Nel lavoro di ricerca11, si è riscontrato che lo strato di MWCNT chimicamente inerte ottenuto mediante rivestimento per immersione riempiva le imperfezioni (micropori e microfessure) del rivestimento di ZnO ottenuto con la tecnica PVD, impedendo la formazione di centri di corrosione nel rivestimento, aumentando così la resistenza alla corrosione resistenza, in questo caso era il substrato di lega magnesio Mg–0,8Ca–3Zn. Utilizzando il metodo PVD magnetron sputtering, come parte della ricerca in12, sono stati applicati vari rivestimenti al substrato della lega Mg–3Sn: uno strato Si1−xCx, un rivestimento Si1−xCx con uno strato intermedio di Mg e una combinazione di Mg/ Strati AlTi/Si1−xCx. Gli autori hanno dimostrato che il rivestimento Si1−xCx ha migliorato la conduttività termica del materiale, la sua resistività elettrica e resistenza alla corrosione senza ridurre le proprietà della lega di magnesio stessa. A sua volta, lo strato intermedio AlTi ha migliorato l'adesione del rivestimento al materiale di base12.