Magnezyum ve Magnezyum Esaslı Malzemelerde Korozyon

Year 2023, , 41 - 56, 31.01.2023

Fevzi Kelen

https://doi.org/10.29130/dubited.1004053

Abstract

Düşük yoğunluk, yüksek spesifik mukavemet, kolay geri kazanım ve mükemmel sönümleme kapasitesi gibi karakteristikleri ile modern hafif araçlar için en dikkat çekici yapısal malzemeler olarak ön plana çıkan magnezyum ve magnezyum esaslı malzemeler otomotiv ve havacılık gibi ulaşım dalları için önemli bir potansiyel oluşturmaktadır. Yakıt verimliliğinin arttırılması ve karbondioksit salınımının en aza indirgenmesinin amaçlandığı bu alanlarda direksiyon simidi, gösterge paneli, torpido kapağı ve karter gibi birçok uygulamaları bulunmaktadır. Bilhassa otomotiv endüstrisinde tüketim hacimleri her geçen gün artmaktadır. Fakat düşük korozyon dayanımları kullanımlarını gerek otomotiv sektöründe gerekse de endüstride demir, çelik ve alüminyuma kıyasla önemli oranda kısıtlamaktadır. Bu bağlamda yüksek korozyon dayanımlı magnezyum esaslı malzemelerin geliştirilmesi başlıca beklenti haline gelmiştir. Bu çalışmada yakıt tasarrufu ve düşük emisyon bakımından en umut verici yapısal malzemeler olan magnezyum ve magnezyum esaslı malzemelerin korozyon özelliklerine ve korozyon dayanımlarının nasıl iyileştirilebileceğine dikkat çekilmek istenmiştir.

Keywords

Magnezyum ve magnezyum esaslı malzemeler, Hafif alaşım ve kompozitler, Otomotiv malzemeleri, Korozyon

References

• [1] F. Kelen, ‘‘Motorlu Taşıt Emisyonlarının İnsan Sağlığı ve Çevre Üzerine Etkileri,’’ Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 19, s. 1-2, ss. 80-87, 2014.
• [2] E. Aghion, B. Bronfin, D. Eliezer, ‘‘The role of the magnesium industry in protecting the environment,’’ Journal of materials processing technology, vol. 117, no. 3, pp. 381-385, 2001.
• [3] F. Kelen, ‘‘Magnezyum ve Alaşımlarının Otomotiv Endüstrisindeki Önemi ve Uygulamaları,’’ Journal of the Institute of Science and Technology , vol. 11, no. 1, pp. 548-562, 2021.
• [4] H. Friedrich, S. Schumann, ‘‘Research for a “new age of magnesium” in the Automotive Industry,’’ Journal of Materials Processing Technology, vol. 117, no. 3, pp. 276-281, 2001.
• [5] K. U. Kainer, F. Von Buch, ‘‘The Current State of Technology and Potential for Further Development of Magnesium Applications,’’ Magnesium-Alloys and Technology, K. U. Kainer, Ed., WILEY-VCH Verlag, 2003, pp. 1-22.
• [6] R. Fink, ‘‘Die‐Casting Magnesium,’’ Magnesium–Alloys and Technology, K. U. Kainer, Ed., WILEY-VCH Verlag, 2003, pp. 23-44.
• [7] A. A. Luo, ‘‘Applications: Aerospace, Automotive and Other structural Applications of Magnesium,’’ In Fundamentals of Magnesium Alloy Metallurgy, Woodhead Publishing, Philadelphia, USA, 2013, pp. 66-316.
• [8] G. Song, D. H. StJohn, ‘‘Corrosion of Magnesium Alloys in Commercial Engine Coolants,’’ Materials and Corrosion, vol. 56, no. 1, pp. 15-23, 2005.
• [9] M. Esmaily, J. E. Svensson, S. Fajardo, N. Birbilis, G. S. Frankel, S. Virtanen, R. Arrabal, S. Thomas, L. G. Johansson, ‘‘Fundamentals and Advances in Magnesium Alloy Corrosion,’’ Progress in Materials Science, vol. 89, pp. 92-193, 2017.
• [10] B. A. Shaw, ‘‘Corrosion Resistance of Magnesium Alloys,’’ ASM handbook, vol. 13A, 2003, pp. 692-696.
• [11] N. Winzer, A. Atrens, G.Song, E. Ghali, W. Dietzel, K. U. Kainer, N. Hort, C. Blawert, ‘‘A Critical Review of the Stress Corrosion Cracking (SCC) of Magnesium Alloys,’’ Advanced Engineering Materials, vol. 7, no. 8, pp. 659-693, 2005.
• [12] F. Cao, G. L. Song, A. Atrens, ‘‘Corrosion and Passivation of Magnesium Alloys,’’ Corrosion Science, vol. 111, pp. 835-845, 2016.
• [13] A. Froats, T. K. Aune, D. Hawke, W. Unsworth, J. Hillis, ‘‘Corrosion of Magnesium and Magnesium alloys,’’ ASM Handbook, vol. 13, 1987, pp. 740-754.
• [14] G. L. Song, A. Atrens, ‘‘Corrosion Mechanisms of Magnesium Alloys,’’ Advanced engineering materials, vol. 1, no. 1, pp. 11-33, 1999.
• [15] W. A. Ferrando, ‘‘Review of Corrosion and Corrosion Control of Magnesium Alloys and Composites,’’ Journal of Materials Engineering, vol. 11, no. 4, pp. 299-313, 1989.
• [16] A. Froats, T. K. Aune, D. Hawke, W. Unsworth, J. Hillis, ‘‘Corrosion of magnesium and magnesium alloys,’’ ASM Handbook, vol. 13, 1987, pp. 740-754.
• [17] M. Liu, P. J. Uggowitzer, A. V. Nagasekhar, P. Schmutz, M. Easton, G. L. Song, A. Atrens, ‘‘Calculated phase diagrams and the corrosion of die-cast Mg–Al alloys,’’ Corrosion Science, vol. 51, no. 3, pp. 602-619, 2009.
• [18] G. Song, A. Atrens, D. Stjohn, J. Nairn, Y. Li, ‘‘The electrochemical corrosion of pure magnesium in 1 N NaCl,’’ Corrosion Science, vol. 39, pp. 855–875, 1997.
• [19] M. Peron, J. Torgersen, F. Berto, ‘‘Mg and its alloys for biomedical applications: exploring corrosion and its interplay with mechanical failure,’’ Metals, vol. 7, no. 7, pp. 252, 2017.
• [20] T. Zhang, Y. Li, F.Wang, ‘‘Roles of β phase in the corrosion process of AZ91D magnesium alloy,’’ Corrosion Science, vol. 48, no. 5, pp. 1249-1264, 2006.
• [21] G. G. Perrault, ‘‘Potentiostatic study of the magnesium electrode in aqueous solution,’’ Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol. 27, no. 1, pp. 47-58, 1970.
• [22] G. O. Seçgin, ‘‘İkiz Merdaneli Sürekli Döküm Yöntemi İle Üretilmiş Az31 Magnezyum Alaşımının Korozyon Davranışının İncelenmesi,’’ Doktora Tezi, Böl. Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, İTÜ Üniv., İstanbul, Türkiye, 2012.
• [23] F. Kelen, ‘‘TiNi ile Takviye Edilmiş Mg/AZ91 Matrisli Kompozitlerin Üretimi ve Karakterizasyonu,’’ Doktora Tezi, Böl. Makine Mühendisliği ABD, Atatürk Üniv., Erzurum, Türkiye, 2018.
• [24] G. Song, A. Atrens, ‘‘Understanding magnesium corrosion—a framework for improved alloy performance,’’ Advanced engineering materials, vol. 5, no. 12, pp. 837-858, 2003.
• [25] R. C. Zeng, J. Zhang, W. J. Huang, W. Dietzel, K. U. Kainer, C. Blawert, K. E. Wei, ‘‘Review of studies on corrosion of magnesium alloys,’’ Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 16, pp. 763-771, 2006.
• [26] F. Czerwinski, ‘‘Magnesium and Its Aloys,’’ Magnesium Injection Molding, 2008, Springer, USA, pp. 1-80.
• [27] K. W. Guo, ‘‘A review of magnesium/magnesium alloys corrosion and its protection,’’ Recent Patents on Corrosion Science, vol. 2, pp. 13-21, 2010.
• [28] E. Ghali, W. Dietzel, K. U. Kainer, ‘‘General and localized corrosion of magnesium alloys: a critical review,’’ Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 13, no 1, pp.7-23, 2004.
• [29] L. Wang, T. Shinohara, B. P. Zhang, ‘‘Influence of chloride, sulfate and bicarbonate anions on the corrosion behavior of AZ31 magnesium alloy,’’ Journal of Alloys and Compounds, vol. 496, pp. 500-507. 2010.
• [30] R. Lindström, L. G. Johansson, G. E. Thompson, P. Skeldon, J. E. Svensson, ‘‘Corrosion of magnesium in humid air,’’ Corrosion Science, vol. 46, no. 5, pp. 1141-1158, 2004.
• [31] F.Kelen, T. Aydoğmuş, M, Gavgalı, B. Dikici, ‘‘Toz metalürjisi yöntemi ile üretilmiş magnezyum matrisli kompozitlerin korozyon duyarlılıkları,’’ Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, cilt. 8, sayı 3, ss. 914-920, 2018.
• [32] F.Kelen, T. Aydoğmuş, M, Gavgalı, ‘‘Tek eksenli sıcak presleme tekniği ile imal edilen magnezyum matrisli kompozit malzemelerin korozyon davranışlarının incelenmesi,’’ Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, cilt. 11, sayı 4, ss. 999-1014, 2021.
• [33] F.Kelen, T. Aydoğmuş, M, Gavgalı, ‘‘AZ91 Magnezyum Matrisli Kompozit Malzemelerin Korozyon Özelliklerinin Araştırılması,’’ Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, cilt. 9, sayı 4, ss. 1015-1029, 2021.
• [34] E. Ghali, ‘‘Performance and Corrosion Form of Magnesium and Its Alloys,’’ Corrosion resistance of aluminum and magnesium alloys, understanding, performance and testing, 2010, Jogh Wiley & Sons., USA, pp. 321-480
• [35] E. Ghali, ‘‘Corrosion and protection of magnesium alloys,’’ Materials Science Forum, vol. 350, pp. 261-272, 2000.
• [36] P. Kurze, 2003. ‘‘Corrosion and Corrosion Protection of Magnesium,’’ Magnesium-Alloys and Technology, K. U. Kainer, Ed., WILEY-VCH Verlag, Weinheim, Germany, 2003, pp. 218-225.
• [37] H. J. Martin, C. Walton, K. Bruce, A. Hicks, M. F. Horstemeyer, W. R. Whittington, P. T.Wang, ‘‘Corrosion-Stress Relaxation Effects on Tensile Properties of an AZ61 Magnesium Alloy,’’ Magnesium Technology, M. Alderman, V. M. Manuel, N. Hort, N. R. Neelameggham, Ed., The Minerals, Metals and Materials Society (TMS), USA, 2014, pp. 351-356.
• [38] Y. B. Unigovski, L. Riber, E. M. Gutman, ‘‘Corrosion stress relaxation in pure magnesium and die-cast Mg alloys,’’ Journal of Metals, Materials and Minerals, vol. 17, no. 1, pp. 1-7, 2007.
• [39] M. C. Zhao, M. Liu, G. Song, A. Atrens, ‘‘Influence of the β-phase morphology on the corrosion of the Mg alloy AZ91,’’ Corrosion Science, vol. 50, no. 7, pp. 1939-1953, 2008.
• [40] C. E. C. Londono, 2014. ‘‘Cerium-based conversion coatings on magnesium alloys,’’ Ph.D. dissertation, Dept. Materıals Scıence and Engıneerıng, Missouri University of Science and Technology, USA, 2014.
• [40] Q. Tan, A. Atrens, N. Mo, M. X. Zhang, ‘‘Oxidation of magnesium alloys at elevated temperatures in air: A review,’’ Corrosion science, vol. 112, pp. 734-759, 2016.
• [41] G. Ballerini, U. Bardi, R. Bignucolo, G. Ceraolo, ‘‘About some corrosion mechanisms of AZ91D magnesium alloy,’’ Corrosion Science, vol. 47, no. 9, pp. 2173-2184, 2005.
• [42] F. Czerwinski, ‘‘Factors affecting the oxidation nature of magnesium alloys,’’ JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, vol. 56, no. 5, pp. 29-31, 2004.
• [43] J. Hillis, ‘‘Corrosion,’’ Magnesium Technology, H. E. Friedrich, B. L. Mordike, Ed., Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2006, pp. 469-498.
• [44] H. Hu, X. Nie, Y. Ma, ‘‘Corrosion and surface treatment of magnesium alloys,’’ In Magnesium Alloys-Properties in Solid and Liquid States, F. Czerwinski, Ed., InTech, 2014, pp. 67-108.
• [45] A. Atrens, G. L. Song, M. Liu, Z. Shi, F. Cao, M. S. Dargusch, ‘‘Review of recent developments in the field of magnesium corrosion,’’ Advanced Engineering Materials, vol. 17, no. 4, pp. 400-453, 2015.
• [46] G. L. Makar, J. L. Kruger, ‘‘Corrosion of magnesium,’’ International Materials Reviews, vol. 38, no. 3, pp. 138-153, 1993.
• [47] N. S. McIntyre, C Chen, ‘‘Role of impurities on Mg surfaces under ambient exposure conditions,’’ Corrosion Science, vol. 40, no. 10, pp. 1697-1709, 1998.
• [48] R. Arrabal, E. Matykina, A. Pardo, M. C. Merino, K. Paucar, M. Mohedano, P. Casajús, ‘‘Corrosion behaviour of AZ91D and AM50 magnesium alloys with Nd and Gd additions in humid environments,’’ Corrosion Science, vol. 55, pp. 351-362, 2012.
• [49] R. Arrabal, B. Mingo, A. Pardo, E. Matykina, M. Mohedano, M. C. Merino, A. Rivas, A. Maroto, ‘‘Role of alloyed Nd in the microstructure and atmospheric corrosion of as-cast magnesium alloy AZ91,’’ Corrosion Science, vol. 97, pp. 38-48, 2015.
• [50] J. E. Gray, B. Luan, ‘‘Protective coatings on magnesium and its alloys - a critical review,’’ Journal of Alloys and Compounds, vol. 336, pp. 88-113, 2002.
• [51] P. Gregg, ‘‘Plating of magnesium – New developments,’’ Magnesium, Proceedings of 6th International Conference Magnesium Alloys and their Applications, K.U. Kainer, Ed., DGM, 2005, pp. 524-528.
• [52] I. Nakatsugawa, ‘‘Surface modification technology for magnesium products,’’ in: International Magnesium Association, 1996, pp. 24.
• [53] I. Nakatsugawa, ‘‘Cathodic protective coating on magnesium or its alloys and method of producing the same,’’ U.S. Patent No 6,117,298, Sep.12 2000.
• [54] M. R. Islam, M. A. Al Mamun, M. A. Hossain, ‘‘Improving Corrosion Resistance in Magnesium and its alloys,’’ International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology, vol. 8, no. 2, pp. 165-143, 2021.