Doktorska disertacija
Mehanizmi depozicije in zaščite cirkonijevih konverzijskih prevlek na podlagah iz aluminijeve zlitine, jekla in cinka
Ogledi: 7 | Prenosi: 8
Povzetek
Disertacija obravnava razvoj in optimizacijo cirkonijevih konverzijskih prevlek (ZrCCs) na podlagah iz hladno valjanega jekla (CRS), cinka (Zn) in aluminijeve zlitine AA5754 z uporabo večdimenzionalnega pristopa. Uporabili smo statistična orodja, zlasti metodo odzivne površine (RSM), za oceno posameznih in skupnih učinkov različnih parametrov v cirkonijevi konverzijski kopeli, kot so koncentracija H2ZrF6, pH in čas konverzije na korozijsko upornost ZrCC. Posebej sta CRS in Zn ugodno reagirala na srednje do visoke koncentracije (825−1226 ppm), daljše čase konverzije (430−480 s) in srednje do visoke pH vrednosti (4,0−4,6), medtem ko se AA5754 bolje odziva na bistveno nižje koncentracije (150 ppm), krajše čase potopitve (230 sekund) in višji pH (4,6). Slednji rezultat izhaja iz večje elektrokemijske raznolikosti površine AA5754, ki pelje do preferenčne tvorbe debelejše plasti cirkonijeve konverzijske prevleke na intermetalnih delcih (angl. Intermetallic particles, IMPs), kar vodi do razpok.
Modeli RSM, ki smo jih izpeljali iz elektrokemijske impedančne spektroskopije (EIS), so se izkazali za najučinkovitejše pri karakterizaciji in optimizaciji ZrCC na vseh podlagah.
S posodobljanjem ravnotežnih porazdelitvenih diagramov za Zr−OH in vodne zvrsti Zr F smo nakazali, da je tetramer Zr4(OH)88+ osnovni gradnik v trdni fazi ZrCC. To prav tako potrjuje, da je proces tvorbe ZrCC tudi sol-gel narave, ne zgolj elektrokemične. Z analizo sekundarne ionske masne spektrometrije z analizatorjem na čas preleta (ToF-SIMS) smo nadalje potrdili prisotnost tetramernih struktur v ZrCC na CRS, ustvarjenih pod pogoji, ključnimi za ustrezno oblikovanje prevleke in pridobivanje želenih zaščitnih lastnosti (pH 4,0).
Predlagano sol-gel kemijo ZrCC smo dodatno preučili z uporabo predobdelav s koloidnim SiO2 in ZrO2. Predobdelava s SiO2 je bistveno izboljšala enakomernost in zmanjšala razpoke ZrCC na AA5754, za razliko od ZrO2, ki je imel omejen vpliv na morfologijo prevleke in zaščito pred korozijo, kar nakazuje na potrebo po oblikovanju mreže Si−Zr za izboljšanje odpornosti proti koroziji.
Poleg tega smo preučili elektrokemijsko obnašanje ionov F− in Cl− v pufru NH4HCO3 pri različnih koncentracijah, da bi ocenili njihovo primernost kot dodatke v kopeli H2ZrF6. Rezultati kažejo, da F− inducira pomembno kompleksacijo na CRS in AA5754, kar zoži pasivno območje aluminija, medtem ko Cl− predvsem vodi do jamičaste korozije na AA5754 pri višjih koncentracijah. Nasprotno so ravnotežni izračuni dodatno razkrili, da je korozija cinka predvsem odvisna od skupne ionske moči in dodatne kompleksacije s pufrom v alkalnem območju in ne s halogenidnimi ioni.
Na ta način smo postavili temelje za prihodnje raziskave, ki ciljajo na izboljšanje uporabljenih metodologij in razširitev ugotovitev na industrijske aplikacije.