THE EFFECT OF THE DIRECTION OF THE ROLLING WAY ON BIO-CORROSION PROPERTIES OF AZ31 ALLOY

Abstract

ABSTRACT

Producing lightweight and efficient materials is a challenge for manufacturers nowadays. containing alloys in certain applications, due to of their poor resistance to corrosion, magnesium alloys are not as widely used in industrial and medical application. Consequently, it is imperative that we deepen our comprehension of the factors and processes influencing magnesium corrosion and devise more potent plans to strengthen magnesium corrosion resistance. Investigation the effect of rolling direction and addition of alloying elements (calcium and cerium) on the microstructural and corrosion behavior of AZ31-Mg alloys. In this study, gravity casting is used to fabricate AZ31 and a modified AZ31 containing Ca-Ce alloys. After casting, homogenization took place for 24 hours at 350 °C. The prepared samples were rolled at 400 °C in three different directions. The corrosion investigation included potentiodynamic corrosion tests, electrochemical impedance spectroscopy, and immersion experiments in red (HBSS) and white (HBSS+) solutions. X-ray diffraction was used to analyze the phases and intermediate components. Optical (OM)and scan electron microscope (SEM) were used to examine the microstructures and energy -dispersive x-ray spectroscopy (EDX) was used to determine the elements composition. To evaluate the performance of the alloys in different media, wet wear tests were also carried out. The XRD analysis showed that α-Mg and β-Mg17Al12 phases were frequently detected in the studied AZ31 alloys. Addition of Ce resulted in the formation of Al11Ce3, while the weight ratio of Mn/Al was closely to the ratio of Al8Mn5 detected on the AZ31. The microstructure images also showed that the average grain size varied depending on the rolling speed and direction, with the grains becoming thinner along the rolling direction after rolling with the addition of Ce. SEM analysis revealed a high pitting corrosion rate in samples A1 to A3, whereas the addition of Ca and Ce in samples B1 to B3 resulted in a significant decrease in the corrosion rate. The wet wear test revealed an increase in weight loss at higher loads due to increased friction, while the addition of Ca and Ce increased wear resistance, which was particularly evident in the 45° angle samples. The results of the immersion corrosion test demonstrated that the corrosion resistance of the Mg-based AZ31 materials was greatly enhanced by the addition of Ca and Ce. The potentiodynamic polarization tests revealed that the addition of Ca and Ce to AZ31 alloy generally improved its corrosion resistance in HBSS solution, as evidenced by higher open circuit potential (Ecorr), lower corrosion current density (Icorr), and reduced cathodic and anodic Tafel slopes (Beta C and Beta A). The electrochemical impedance (EIS) measurements showed that the addition of Ca and Ce to the AZ31-Mg alloys improved the corrosion resistance, as evidenced by reduced impedance values. The microstructure and orientation of the samples significantly influenced the EIS results, with samples rolled perpendicular direction having the highest impedance values, followed by samples rolled at a 45° angle and then parallel to the rolling direction.

ÖZET

Hafif ve verimli malzemeler üretmek günümüzde üreticiler için zorlu bir iştir. Belirli uygulamalarda alaşımlar içerir. Korozyona karşı zayıf dirençleri nedeniyle magnezyum alaşımları endüstriyel ve tıbbi ortamlarda yaygın olarak kullanılmamaktadır. Sonuç olarak, magnezyum korozyonunu etkileyen faktörler ve süreçler hakkındaki anlayışımızı derinleştirmemiz ve magnezyum korozyon direncini güçlendirmek için daha güçlü planlar tasarlamamız zorunludur. AZ31-Mg alaşımlarının mikroyapı ve korozyon davranışına haddeleme yönü ve alaşım elementleri (kalsiyum ve seryum) ilavesinin etkisinin araştırılması. Bu çalışmada, AZ31 ve modifiye edilmiş AZ31 içeren Ca-Ce alaşımlarının imalatı için yerçekimi dökümü kullanılmıştır. Dökümden sonra homojenizasyon 350°C'de 24 saat süreyle gerçekleştirildi. Hazırlanan numuneler 400 °C sıcaklıkta üç farklı yönde haddelenmiştir. Korozyon araştırması potansiyodinamik korozyon testlerini, elektrokimyasal empedans spektroskopisini ve kırmızı (HBSS) ve beyaz (HBSS+) çözeltilere daldırma deneylerini içeriyordu. Fazlar ve ara bileşenleri analiz etmek için X-ışını kırınımı kullanıldı. Mikroyapıları incelemek için optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM), element kompozisyonunu belirlemek için ise enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDX) kullanıldı. Alaşımların farklı ortamlardaki performansını değerlendirmek için ıslak aşınma testleri de yapıldı. XRD analizi, çalışılan AZ31 alaşımlarında α-Mg ve β-Mg17Al12 fazlarının sıklıkla tespit edildiğini gösterdi. Ce'nin eklenmesi Al11Ce3'ün oluşmasıyla sonuçlandı; Mn/Al ağırlık oranı ise AZ31'de tespit edilen Al8Mn5 oranına yakındı. Mikroyapı görüntüleri ayrıca ortalama tane boyutunun haddeleme hızına ve yönüne bağlı olarak değiştiğini, Ce ilavesi ile haddeleme sonrasında tanelerin haddeleme yönü boyunca inceldiğini gösterdi. SEM analizi, A1'den A3'e kadar olan numunelerde yüksek oyuklanma korozyonu oranını ortaya çıkarırken, B1'den B3'e kadar olan numunelere Ca ve Ce'nin eklenmesi, korozyon oranında önemli bir düşüşe yol açmıştır. Koroziv aşınma testi, artan sürtünme nedeniyle daha yüksek yüklerde ağırlık kaybında bir artış olduğunu ortaya koyarken, Ca ve Ce ilavesinin, özellikle 45° açılı numunelerde belirgin olan aşınma direncini arttırdığını ortaya çıkardı. Daldırma korozyon testinin sonuçları, Mg bazlı AZ31 malzemelerinin korozyon direncinin Ca ve Ce ilavesiyle büyük ölçüde arttığını gösterdi. Potansiyodinamik polarizasyon testleri, AZ31 alaşımına Ca ve Ce ilavesinin, daha yüksek açık devre potansiyeli (Ecorr), daha düşük korozyon akım yoğunluğu (Icorr) ve azaltılmış katodik ve anodik Tafel eğimleriyle kanıtlandığı gibi, HBSS çözeltisindeki korozyon direncini genel olarak iyileştirdiğini ortaya çıkardı. (Beta C ve Beta A). Elektrokimyasal empedans (EIS) ölçümleri, AZ31-Mg alaşımlarına Ca ve Ce ilavesinin, azaltılmış empedans değerlerinden de anlaşılacağı üzere korozyon direncini arttırdığını gösterdi. Numunelerin mikro yapısı ve yönelimi, EIS sonuçlarını önemli ölçüde etkilemiştir; dik yönde haddelenen numuneler en yüksek empedans değerlerine sahip olmuş, bunu 45° açıyla haddelenen ve ardından haddeleme yönüne paralel olan numuneler takip etmiştir.