Investigation of Structural Properties and Wear Behavior of Surface Treated AZ31 Mg Alloy

Year 2019, Volume: 9 Issue: 1, 136 - 142, 15.01.2019

İlhan Çelik

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.393308

Cited By: 1

Abstract

Magnesium (Mg) and its alloys have a low density. For this reason, they
are recognized as light metallic materials. Magnesium and its alloys have the
potential capability to be widely used especially in the automotive, aviation
and biomedical applications. However, their wear and corrosion resistance are
very poor, so their area of usage is limited. This situation may adversely
affect their usage without surface treatment despite their relatively well
mechanical properties. Arc PVD technique was used to increase the wear
resistance of AZ31 Mg alloy in this study. The surface coating process was
applied to AZ31 Mg specimens as desired. Microstructural and morphological
studies were done with XRD and SEM appliances. Pin-on-disc wear tests were
performed to determine tribological properties. As a result of the study, it
was determined that AZ31 Mg alloy showed superior mechanical properties after
applied CrN coating.

Keywords

AZ31 Mg, Wear, SEM/XRD

Yüzey İşlemi Uygulanmış AZ31 Mg Alaşımının Yapısal Özelliklerinin ve Aşınma Davranışının İncelenmesi

Abstract

Magnezyum
(Mg) ve alaşımları; hafiflikleri, sahip oldukları özgül dayanım
ve biyouyumluluk gibi özellikleri sayesinde özellikle otomotiv, havacılık ve
biyomedikal sektörlerinde yaygın olarak kullanılabilme potansiyeli vardır. Mg
ve alaşımları, sahip oldukları zayıf aşınma direnci ve korozyon direnci
nedeniyle sınırlı kullanım alanlarına sahiptir. Bu durum, yüksek dayanım/ağırlık
oranına rağmen, Mg alaşımlarının herhangi bir yüzey koruması uygulanmadan
kullanılmalarına engel olmaktadır. Bu çalışmada, AZ31 Mg alaşımının aşınma
direncini artırmak amacıyla Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) yöntemi ile CrN
kaplamalar başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Yüzey işlemi uygulanmış
numunelerin yapısal özellikleri X-Işınları Difraksiyonu (XRD) ve Taramalı
Elektron Mikroskopisi (SEM) yöntemleri ile incelenmiştir. Pin-disk aşınma
cihazı kullanılarak yapılan deneyler sonucunda numunelerin tribolojik
özellikleri belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, uygulanan CrN kaplama sonrasında
AZ31 Mg alaşımının daha üstün mekanik özellikler sergilediği tespit edilmiştir.

Keywords

AZ31 Mg, Aşınma, SEM/XRD

References

• Abela, S., 2011. Protective Coatings for Magnesium Alloys, Magnesium Alloys - Corrosion and Surface Treatments, Frank Czerwinski (Ed.), ISBN: 978-953-307-972-1, InTech, 195-220.
• Busk, R.S., 1987. Magnesium and its alloys, International Magnesium Association, Hilton Head, South Carolina, S497-S499.
• Chen, D., Wang, R.Q., Huang, Z.Q., Wu, Y.K., Zhang, Y., Wu, G.R., Li, D.L., Guo, C.H., Jiang, G.R., Yu, S.X., Shen, D.J. ve Nash, P., 2018. Evolution processes of the corrosion behavior and structural characteristics of plasma electrolytic oxidation coatings on AZ31 magnesium alloy, Applied Surface Science, 434, 326-335.
• Chen, Y.F., Zhou, J.X., Liu, H.T., Song, X.C., Yang, Y.S., 2017. Overall micro-arc oxidation treatment for AZ31B-6061 magnesium-aluminium dissimilar metal connecting parts, Corrosion Engineering Science and Technology, 52, 6, 470-475.
• Correa, E., Zuleta, A.A., Guerra, L., Gomez, M.A., Castano, J.G., Echeverria, F., Liu, H., Skeldon, P. ve Thompson, G.E., 2013. Tribological behavior of electroless Ni-B coatings on magnesium and AZ91D alloy, Wear, 305, 1-2, 115-123.
• Çatar, R., 2013. Magnezyum alaşımlarının farklı ortamlardaki gerilmeli korozyon davranışının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
• Hakamada, M., Furuta, T., Chino, Y., Chen, Y., Kusuda, H. ve Mabuchi, M., 2007. Life cycle inventory study on magnesiurn alloy substitution in vehicles, Energy, 32, 8, 1352-1360.
• Hoche, H., Schmidt, J., Gross, S., Trossmann, T. ve Berger, C., 2011. PVD coating and substrate pretreatment concepts for corrosion and wear protection of magnesium alloys, Surface & Coatings Technology, 205, S145-S150.
• Huang, X.S., Suzuki, K., Chino, Y. ve Mabuchi, M., 2015. Texture and stretch formability of AZ61 and AM60 magnesium alloy sheets processed by high-temperature rolling, Journal of Alloys and Compounds, 632, 94-102.
• Kalkan, N., 2008. PVD yöntemi ile TiN, CrN ve TiN /CrN kaplanmış soğuk iş takım çeliğinin aşınma performanslarının deneysel incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
• Kubatik, T.F., Lukac, F., Stoulil, J., Ctibor, P., Prusa, F. ve Stehlikova, K., 2017. Preparation and properties of plasma sprayed NiAl10 and NiAl40 coatings on AZ91 substrate, Surface & Coatings Technology, 319, 145-154.
• Lei, M.K., Li, P., Yang, H.G. ve Zhu, X.M., 2007. Wear and corrosion resistance of Al ion implanted AZ31 magnesium alloy, Surface & Coatings Technology, 201, 9-11, 5182-5185.
• Liu, G.X., Wang, J.Y., Bian, K.K. ve Zhu, P.Z., 2017. Preparation and characterization of nanostructured dibasic calcium phosphate coating on magnesium alloy wire, Materials Letters, 209, 323-326.
• Lou, B.S., Lin, Y.Y., Tseng, C.M., Lu, Y.C., Duh, J.G. ve Lee, J.W., 2017. Plasma electrolytic oxidation coatings on AZ31 magnesium alloys with Si3N4 nanoparticle additives, Surface & Coatings Technology, 332, 358-367.
• Lv, G.H., Chen, H., Li, L., Niu, E.W., Pang, H., Zou, B. ve Yang, S.Z., 2009. Investigation of plasma electrolytic oxidation process on AZ91D magnesium alloy, Current Applied Physics, 9, 1, 126-130.
• Ma, H.J., Gu, Y.H., Liu, S.J., Che, J.T. ve Yang, D.W., 2017. Local corrosion behavior and model of micro-arc oxidation HA coating on AZ31 magnesium alloy, Surface & Coatings Technology, 331, 179-188.
• Nam, D., Lim, D., Kim, S.D., Seo, D., Shim, S.E. ve Baeck, S.H., 2018. The fabrication of a conversion film on AZ31 containing carbonate product and evaluation of its corrosion resistance, Journal of Alloys and Compounds, 737, 597-602.
• Oğuz, B., 1990. Demir Dışı Metallerin Kaynağı, Oerlikon, 1-15.
• Petrogalli, C., Montesano, L., Gelfi, M., La Vecchia, G.M. ve Solazzi, L., 2014. Tribological and corrosion behavior of CrN coatings: Roles of substrate and deposition defects, Surface & Coatings Technology, 258, 878-885.
• Srinivasan, P.B., Liang, J., Blawert, C. ve Dietzel, W., 2010. Dry sliding wear behaviour of magnesium oxide and zirconium oxide plasma electrolytic oxidation coated magnesium alloy, Applied Surface Science, 256, 10, 3265-3273.
• Sönmezoğlu, S., Koç, M., Akın, S., 2012. İnce film üretim teknikleri, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 28, 5, 389-404.
• Weisheit, A., Lenz, U. ve Mordike, B.L., 1997. Thermal spraying on magnesium alloys to improve the corrosion and wear resistance, Metall, 51, 9, 470-474.
• Wu, G.S., Dai, W., Zheng, H. ve Wang, A.Y., 2010. Improving wear resistance and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy by DLC/AlN/Al coating, Surface & Coatings Technology, 205, 7, 2067-2073.
• Wu, L., Yang, D.N., Zhang, G., Zhang, Z., Zhang, S., Tang, A.T. ve Pan, F.S., 2018. Fabrication and characterization of Mg-M layered double hydroxide films on anodized magnesium alloy AZ31, Applied Surface Science, 431, 177-186.
• Xu, S., Liu, T.M., Chen, H.C., Miao, Z.C., Zhang, Z., Zeng, W., 2013. Reducing the tension-compression yield asymmetry in a hot-rolled Mg-3Al-1Zn alloy via multidirectional pre-compression, Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure and Processing, 565, 96-101.