اعمال پوشش سراميكي به روش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي روي زيرلايه Ti-6Al-4V و بررسي رفتار خوردگي آن در محلول شبيه ساز بدن

Preparation of Ceramic Coating by Plasma Electrolytic Oxidation on Ti-6Al-4V Substrate and Investigation of its Corrosion Behavior in Simulated Body Fluid (Hanks)

در اين پژوهش، تأثير غلظت الكتروليت فسفات سديم بر ريزساختار، الگوي پراش پرتو ايكس و رفتار خوردگي آلياژ Ti-6A1-4V پوشش داده شده به روش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي مورد بررسي قرار گرفته است. به منظور اين بررسي، الكتروليت هاي قليايي فسفاتي با غلظت هاي متفاوت 8، 12 و 16 گرم بر ليتر مورد استفاده قرار گرفت. ريزساختار و تركيب شيميايي نمونه هاي پوشش داده شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي و الگوي پراش پرتو ايكس مورد آناليز قرار گرفته است. خواص خوردگي پوشش ها در محيط شبيه ساز بدن (هنك) توسط آزمايش هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي مورد مطالعه قرار گرفته است. در فرآيند پوشش دهي، افزايش غلظت فسفات سديم منجر به افزايش هدايت الكتريكي حمامها، متوسط اندازه تخلخل ها و ضخامت پوششها شد. نتايج حاصل از الگوي پراش پرتو ايكس نشان داد كه با افزايش غلظت فسفات سديم، فاز شبه پايدار آناتاز به فاز پايدار روتيل تبديل شد. در نتيجه با افزايش غلظت الكتروليت ميزان فاز روتيل موجود در پوشش افزايش و ميزان فازآناتاز كاهش يافته است. بيشترين پتانسيل خوردگي (391 ميلي ولت) به همراه كمترين چگالي جريان خوردگي (8-10× 6/18 آمپر بر سانتي­متر مربع) در پوشش ايجادشده در الكتروليت حاوي 12 گرم بر ليتر فسفات سديم منجر به بيشترين مقاومت به خوردگي (8/8 مگا اهم) شد. مقاومت به خوردگي ساير نمونه ها 2 الي 6 مرتبه كمتر از نمونه حاوي 12 گرم بر ليتر فسفات سديم است.

In this study, the influence of the sodium phosphate electrolyte concentration on the coating microstructure, phase composition and corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy coated by plasma electrolytic oxidation (PEO) was investigated. For this purpose, alkaline-phosphate electrolytes with different concentration were applied as follows: 8, 12, 16 g/L. The morphology and phase composition of these coatings were analyzed by a scanning electron microscope (SEM), and X-ray diffraction (XRD) technique. Corrosion properties of the coating were studied under simulated body fluid (Hanks) by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) tests. Through the PEO process, an increase in the concentration of sodium phosphate led to increment in the electrolyte electrical conductivity, average pore size and thickness of the coatings. As a consequence of increasing the electrical conductivity, the breakdown voltage in V-t curves decreased. The XRD results showed that with increase in the concentration of sodium phosphate, the metastable anatase phase transformed to the stable rutile phase. The results of the electrochemical tests indicated that the corrosion resistance of the coating produced by PEO process, in the electrolyte with 12 g/L sodium phosphate, was significantly better in comparison to the other specimens. The maximum measured corrosion potential of the coating (391 mV) together with the minimum corrosion current density (6.18×10-8 A cm-2) in the electrolyte with 12 g/L sodium phosphate leads to the highest corrosion resistance of twofold layer, that is, 8.8 MΩ. Corrosion resistance of other samples is 2 to 6 orders of magnitude smaller than sample with 12 g/L sodium phosphate.