Enquête sur la corrosion électrochimique de l'alliage de magnésium

Dec 03, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13250 (2023) Citer cet article

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Développer des stratégies pour prévenir la corrosion à l’interface d’alliages métalliques différents est un défi en raison de la présence d’une distribution hétérogène de couples galvaniques et de caractéristiques microstructurales qui modifient considérablement le taux de corrosion. L'élaboration de stratégies pour atténuer cette corrosion interfaciale nécessite une compréhension quantitative et corrélative de sa réaction électrochimique de surface. Dans ce travail, la microscopie d'impédance de cellule électrochimique à balayage (SECCIM) a été utilisée pour étudier la corrosion spécifique à un emplacement dans la région interfaciale d'alliages différents, tels que l'AZ31 (alliage de magnésium) et le DP590 (acier) soudés à l'aide de la technique de scribe assistée par friction-agitation ( RAPIDE) processus. Ici, SECCM et SECCIM ont été utilisés pour effectuer une cartographie corrélative de la polarisation spectroscopique et potentiodynamique d'impédance électrochimique locale afin de mesurer l'effet des changements électroniques et microstructuraux dans la région interfaciale soudée sur la cinétique de corrosion. La caractérisation microstructurale, y compris la microscopie électronique à balayage et la diffraction par rétrodiffusion des électrons, a été réalisée pour corréler les changements dans les caractéristiques microstructurales et chimiques avec les propriétés électroniques correspondantes qui affectent le comportement à la corrosion. Les variations du potentiel de corrosion, de la densité du courant de corrosion et du comportement de la spectroscopie d'impédance électrochimique à travers l'interface fournissent des informations plus approfondies sur la région interfaciale, qui est chimiquement et microstructurellement distincte de l'AZ31 et du DP590 nus, ce qui peut aider à prévenir la corrosion dans des structures métalliques différentes.

Des techniques de sonde à balayage à haute résolution, telles que la microscopie électrochimique à balayage (SECM) et la technique des électrodes vibrantes à balayage (SVET), ont été développées pour étudier les interfaces liquide-électrolyte et la cinétique de transfert d'électrons. Le SECM utilise une microélectrode immergée dans un électrolyte pour sonder les propriétés de transfert d'électrons d'un substrat, tandis que le SVET utilise une microélectrode vibrante pour mesurer les gradients potentiodynamiques au-dessus d'une surface. Étant donné que les microélectrodes du SECM et du SVET sont généralement utilisées à une hauteur constante (en particulier pour l'imagerie), elles ne sont pas aussi sensibles aux changements du courant faradique aux joints de grains ou à la microstructure1. Bien que certaines améliorations apportées au SECM augmentent suffisamment la résolution pour révéler les limites des grains2,3, elles présentent des limites dues à l'élargissement diffusionnel lors de l'imagerie, car la microélectrode n'entre pas en contact avec l'échantillon4. De nouvelles techniques microscopiques de mesure de la corrosion basées sur des gouttelettes, telles que la microscopie cellulaire électrochimique à balayage (SECCM), sont utilisées pour capturer des réponses électrochimiques localisées ou confinées qui peuvent effectuer un sondage haute résolution des joints de grains, des défauts et des microstructures5,6,7,8. Une sonde microscopique (< 1 µm de diamètre) dotée d'un canal à simple ou double corps est remplie d'électrolyte liquide et utilisée comme pointe pour les mesures. À l’extrémité de la pointe, une gouttelette formée par tension superficielle est utilisée comme point de contact du substrat. Les techniques de sonde à haute résolution telles que SECCM présentent l'avantage d'enregistrer des signaux électrochimiques à partir de caractéristiques microscopiques dans des matériaux métalliques telles que l'orientation des grains, les joints de grains, les secondes phases et les propriétés spécifiques des précipités, qui permettent des mesures très spécifiques à un emplacement5,9,10. De plus, SECCM offre un temps d’exposition substrat/électrolyte contrôlé, ce qui est particulièrement important pour les échantillons sujets à la corrosion11,12.

Le soudage par friction malaxage (FSW) est une technique d'assemblage en phase solide largement utilisée pour assembler des matériaux similaires et différents13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. À l’heure actuelle, les FSW sont utilisés dans des secteurs tels que l’automobile, l’aérospatiale, la construction navale et les chemins de fer24,25,26. Récemment, des efforts ont été déployés pour assembler des matériaux différents présentant une grande différence de température de fusion, tels que les alliages d'Al et l'acier27 et les alliages de Mg et l'acier, en utilisant une nouvelle technique de scribe assistée par friction (FAST)23. Dans ce processus, un scribe à l'extrémité de la pointe d'un outil développe des caractéristiques mécaniques pour assembler deux matériaux. Au cours du processus FAST, une série de zones microstructurales se développent dans la région soudée, notamment la zone d'agitation (SZ), la zone affectée thermomécaniquement et la zone affectée thermiquement. Chaque zone subit un processus thermomécanique différent et développe une structure de grain, une densité de dislocation, une distribution des secondes phases et des caractéristiques de précipité distinctes. De plus, les caractéristiques microstructurales des zones correspondantes déterminent les susceptibilités individuelles à la corrosion28,29. Une force de cisaillement intense et un échauffement par friction amènent le SZ à développer la microstructure la plus raffinée et la plus complexe, ce qui complique encore davantage le comportement à la corrosion du SZ30. Plusieurs études ont été menées pour examiner les propriétés de corrosion des joints en magnésium et en acier, utilisant principalement des techniques de polarisation potentiodynamique (PD) en vrac pour étudier la résistance à la corrosion de l'ensemble de l'échantillon contenant la région interfaciale. Gupta et coll. a étudié les propriétés de corrosion du soudage à l'arc au tungstène sous gaz (GTAW) allié à l'acier inoxydable austentique 304L. Des phases d'austentite et de ferrite ont été observées dans la zone de soudure avec des fractions volumiques variables, ce qui conduit à des propriétés de corrosion différentes (c'est-à-dire résistance à la corrosion et piqûres)31. Sidhu et coll. utilisé des techniques de corrosion en masse pour comprendre l'effet du processus FSW sur l'assemblage des alliages d'Al et de Mg, ce qui suggère que les techniques FSW donnent une résistance à la corrosion plus élevée sur la base des courbes de polarisation PD32. Zhang et coll. a examiné les effets des revêtements Ni sur l'acier inoxydable DP590 et 304 et a constaté une augmentation de la résistance à la corrosion33. Ces études suggèrent que la partie jointive des deux métaux similaires possède des propriétés électroniques distinctes, qui affectent le métal joint dans son ensemble. Kim et coll. a étudié les effets de l'ajout d'Al sur les joints AZ31B soudés par friction-malaxage et a trouvé une amélioration de 55 % de la résistance à la corrosion des joints, où la résistance à la corrosion a été évaluée par la collecte de H2 et la technique de PD en vrac34. Ces auteurs suggèrent que la formation continue de particules de Mg17Al12 in situ et leur répartition le long des joints de grains pourraient avoir contribué à améliorer la résistance à la corrosion. Cependant, aucune donnée électrochimique sur les joints de grains en présence de particules de Mg17Al12 n'a été fournie pour étayer cette hypothèse.