Studio della corrosione elettrochimica della lega di Mg

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13250 (2023) Citare questo articolo

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Lo sviluppo di strategie per prevenire la corrosione all’interfaccia di leghe metalliche dissimili è impegnativo a causa della presenza di una distribuzione eterogenea di coppie galvaniche e di caratteristiche microstrutturali che modificano significativamente la velocità di corrosione. L’elaborazione di strategie per mitigare questa corrosione interfacciale richiede una comprensione quantitativa e correlativa della sua reazione elettrochimica superficiale. In questo lavoro, la microscopia a scansione di impedenza cellulare elettrochimica (SECCIM) è stata impiegata per studiare la corrosione specifica per posizione nella regione interfacciale di leghe dissimili, come AZ31 (lega di magnesio) e DP590 (acciaio) saldate utilizzando la tecnica di scribatura assistita da attrito (Friction-stir Assisted Scribe Technique). processi VELOCI). In questo caso, SECCM e SECCIM sono stati utilizzati per eseguire la mappatura correlativa della polarizzazione spettroscopica e potenziodinamica dell'impedenza elettrochimica locale per misurare l'effetto dei cambiamenti elettronici e microstrutturali nella regione interfacciale saldata sulla cinetica della corrosione. È stata eseguita la caratterizzazione microstrutturale, inclusa la microscopia elettronica a scansione e la diffrazione della retrodiffusione degli elettroni, per correlare i cambiamenti nelle caratteristiche microstrutturali e nella chimica con le corrispondenti proprietà elettroniche che influenzano il comportamento alla corrosione. Le variazioni nel potenziale di corrosione, nella densità della corrente di corrosione e nel comportamento della spettroscopia di impedenza elettrochimica attraverso l'interfaccia forniscono informazioni più approfondite sulla regione interfacciale, che è chimicamente e microstrutturalmente distinta sia dal AZ31 nudo che dal DP590 che può aiutare a prevenire la corrosione in strutture metalliche diverse.

Sono state sviluppate tecniche con sonda a scansione ad alta risoluzione, come la microscopia elettrochimica a scansione (SECM) e la tecnica dell'elettrodo vibrante a scansione (SVET), per studiare le interfacce liquido-elettrolita e la cinetica di trasferimento degli elettroni. SECM utilizza un microelettrodo immerso in un elettrolita per sondare le proprietà di trasferimento di elettroni di un substrato, mentre SVET utilizza un microelettrodo vibrante per misurare i gradienti potenziodinamici sopra una superficie. Poiché i microelettrodi in SECM e SVET vengono solitamente utilizzati ad un'altezza costante (soprattutto per l'imaging), non sono così sensibili ai cambiamenti nella corrente faradaica ai bordi dei grani o alla microstruttura1. Sebbene alcuni miglioramenti al SECM aumentino la risoluzione abbastanza da rivelare i confini dei grani2,3, presentano limitazioni dovute all'ampliamento diffusionale durante l'imaging perché il microelettrodo non entra in contatto con il campione4. Tecniche di misurazione della corrosione microscopiche basate su goccioline di recente sviluppo, come la microscopia a scansione di cellule elettrochimiche (SECCM), vengono utilizzate per acquisire risposte elettrochimiche localizzate o confinate in regioni in grado di eseguire sondaggi ad alta risoluzione dei bordi dei grani, dei difetti e delle microstrutture5,6,7,8. Una sonda microscopica (diametro < 1 µm) con un canale a cilindro singolo o doppio viene riempita con elettrolita liquido e utilizzata come punta per le misurazioni. All'estremità della punta, una goccia formata dalla tensione superficiale viene utilizzata come punto di contatto con il substrato. Le tecniche di sonda ad alta risoluzione come SECCM presentano il vantaggio di registrare segnali elettrochimici da caratteristiche microscopiche in materiali metallici come orientamento dei grani, confini dei grani, seconde fasi e proprietà specifiche del precipitato, che consentono misurazioni molto specifiche per posizione5,9,10. Inoltre, SECCM offre un tempo di esposizione controllato del substrato/elettrolita, che è particolarmente importante per i campioni soggetti a corrosione11,12.

La saldatura per attrito e agitazione (FSW) è una tecnica di giunzione in fase solida ampiamente utilizzata per unire materiali simili e dissimili13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Attualmente, il FSW viene utilizzato in settori quali quello automobilistico, aerospaziale, navale e ferroviario24,25,26. Recentemente, sono stati compiuti sforzi per unire materiali dissimili con una grande differenza di temperatura di fusione, come le leghe di Al con l'acciaio27 e le leghe di Mg con l'acciaio, utilizzando una nuova tecnica di scrittura assistita da attrito (FAST)23. In questo processo, un graffio all'estremità della punta di un utensile sviluppa caratteristiche meccaniche per unire due materiali. Durante il processo FAST, una serie di zone microstrutturali si sviluppano attraverso la regione saldata, inclusa la zona di agitazione (SZ), la zona interessata dal punto di vista termomeccanico e la zona interessata dal calore. Ciascuna zona subisce un diverso processo termomeccanico e sviluppa struttura del grano, densità di dislocazione, distribuzione delle seconde fasi e caratteristiche del precipitato distinte. Inoltre, le caratteristiche microstrutturali delle zone corrispondenti determinano la suscettibilità individuale alla corrosione28,29. L’intensa forza di taglio e il riscaldamento per attrito fanno sì che l’SZ sviluppi la microstruttura più raffinata e complessa, che complica ulteriormente il comportamento alla corrosione nell’SZ30. Sono stati condotti diversi studi per esaminare le proprietà di corrosione dei giunti in Mg e acciaio, che hanno utilizzato principalmente tecniche di polarizzazione potenziodinamica (PD) in massa per studiare la resistenza alla corrosione dell'intero campione contenente la regione interfacciale. Gupta et al. hanno studiato le proprietà di corrosione della saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW) legata all'acciaio inossidabile austenitico 304L. Nella zona di saldatura sono state osservate fasi di austentite e ferrite con frazioni di volume variabili, che portano a diverse proprietà di corrosione (cioè resistenza alla corrosione e vaiolatura)31. Sidhu et al. hanno utilizzato tecniche di corrosione in massa per comprendere l'effetto del processo FSW sul giunto di leghe di Al e Mg, il che ha suggerito che le tecniche FSW producono una maggiore resistenza alla corrosione in base alle curve di polarizzazione PD32. Zhang et al. hanno esaminato gli effetti dei rivestimenti in Ni sull'acciaio inossidabile DP590 e 304 e hanno riscontrato un aumento della resistenza alla corrosione33. Questi studi suggeriscono che la porzione di unione dei due metalli simili ha proprietà elettroniche distinte, che influenzano il metallo unito nel suo complesso. Kim et al. hanno studiato gli effetti dell'aggiunta di Al sui giunti AZ31B saldati per attrito e hanno riscontrato un miglioramento del 55% della resistenza alla corrosione dei giunti, dove la resistenza alla corrosione è stata valutata attraverso la raccolta di H2 e la tecnica PD in massa34. Questi autori hanno suggerito che la formazione continua di particelle di Mg17Al12 in situ e la loro distribuzione lungo i bordi dei grani potrebbero aver contribuito a migliorare la resistenza alla corrosione. Tuttavia, non sono stati forniti dati elettrochimici dei bordi dei grani con presenza di particelle di Mg17Al12 a supporto di questa ipotesi.