Influenza della morfologia del silicio sul processo di ossidazione elettrolitica al plasma in corrente continua in lega AlSi10Mg prodotta con fusione laser a letto di polvere

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14329 (2022) Citare questo articolo

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In questo lavoro, il processo di ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) è stato applicato su campioni di AlSi10Mg, prodotti con fusione laser a letto di polvere (L-PBF), allo stato stampato e dopo diversi trattamenti termici e, per confronto, su campioni as-cast di AlSi10Mg. Il processo PEO è stato eseguito in modalità corrente continua utilizzando densità di corrente elevate e tempi brevi in ​​un elettrolita basico di silicato. Per la prima volta, sono stati studiati gli effetti della morfologia del silicio nei campioni di L-PBF AlSi10Mg, in condizioni stampate e dopo diversi trattamenti termici, sul rivestimento PEO ottenuto in termini di microstruttura e proprietà di corrosione. La microstruttura del substrato è stata caratterizzata con osservazioni al microscopio ottico ed elettronico (microscopia ottica OM, microscopia elettronica a scansione SEM e microscopia elettronica a trasmissione TEM) e con diffrazione di raggi X (XRD). L'analisi ha mostrato che i trattamenti termici di ricottura e solubilizzazione hanno modificato la morfologia e la distribuzione del silicio nei campioni ottenuti tramite L-PBF. I campioni rivestiti con PEO sono stati caratterizzati con SEM, sia sulla superficie che nella sezione trasversale, e l'analisi compositiva è stata eseguita con analisi di spettroscopia a dispersione di energia (EDS) e mappatura elementare. I rivestimenti sono stati inoltre analizzati con XRD e le proprietà di corrosione sono state valutate mediante test di spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Sono state eseguite anche prove di microdurezza sui substrati e sui rivestimenti. La microstruttura dei rivestimenti è stata fortemente influenzata dalla distribuzione del silicio. In particolare, una distribuzione non uniforme del silicio e la presenza di elementi intermetallici ricchi di ferro (ottenuti nei campioni as-cast e trattati in soluzione) hanno indotto la formazione di rivestimenti più porosi e più sottili rispetto a quelli ottenuti nei campioni as-cast e solubilizzati. campioni ricotti. La distribuzione non uniforme del silicio ha prodotto una distribuzione non omogenea del silicio nei rivestimenti. La particolare struttura cellulare del campione così stampato ha indotto la formazione di un rivestimento con una frazione amorfa più elevata, rispetto a quella prodotta sugli altri campioni. Il maggiore spessore e la minore porosità dei rivestimenti ottenuti sui campioni ricotti e stampati hanno comportato un aumento della resistenza alla corrosione.

Le leghe Al-Si sono ampiamente utilizzate nei settori automobilistico e aerospaziale grazie alla loro buona colabilità e alla combinazione di elevata resistenza e bassa densità1. Le leghe Al-Si colate convenzionalmente contengono normalmente silicio grossolano e aciculare (silicio eutettico) e sono generalmente presenti anche precipitati contenenti Mg e Fe2. Negli ultimi anni, l’interesse di diversi settori industriali per le tecnologie di produzione additiva (AM) è aumentato rapidamente, principalmente per la possibilità di produrre parti complesse e personalizzate senza un notevole aumento dei costi relativi a stampi o strumenti3. Tra le diverse tecnologie AM, Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) è una delle più promettenti per la possibilità di ottenere strutture metalliche completamente dense utilizzando un'ampia varietà di polveri metalliche4. Rispetto alla fusione tradizionale, le leghe Al-Si prodotte da L-PBF sono caratterizzate da una microstruttura completamente diversa, a causa delle velocità di riscaldamento e raffreddamento più elevate (103–105 K/s)5. In particolare, la microstruttura dell'AlSi10Mg prodotta con L-PBF è costituita da matrice primaria α-Al con microstruttura cellulare-dendritica e microstruttura eutettica con Si6 fibroso molto fine.

Tuttavia, la matrice α-Al è in condizione di soluzione solida supersatura e quando il materiale è sottoposto ad alte temperature, ad esempio quando vengono eseguiti trattamenti termici, questa microstruttura diventa instabile e può cambiare significativamente rispetto a quella osservabile negli ambienti simili. condizione stampata7. Tra i diversi trattamenti termici, quelli più spesso impiegati nelle leghe di alluminio sono il solubilizzazione (seguito in alcuni casi da un trattamento di invecchiamento) e il trattamento di ricottura. In letteratura si possono trovare diversi studi riguardanti l’evoluzione microstrutturale di AlSi10Mg dopo questi trattamenti. Takata et al.8 hanno riscontrato, dopo il trattamento di ricottura a 300 °C, la formazione di particelle di Si finemente distribuite all'interno della fase α-Al colonnare a causa della supersaturazione di Si nella matrice α-Al colonnare del campione così come fabbricato. Li et al.9 hanno scoperto che durante il trattamento della soluzione, gli atomi di Si precipitano dalla matrice di Al supersatura per formare piccole particelle di Si e, aumentando la temperatura della soluzione, la dimensione delle particelle di Si aumenta, mentre il loro numero diminuisce. Inoltre, Shakil et al.10 hanno ottenuto risultati simili evidenziando che la modifica della fase Si grossolana e aciculare (sferoidizzazione), l'omogeneizzazione della composizione e la disintegrazione delle fasi solubili contenenti Mg o altri oligoelementi sono prodotte mediante trattamento termico della soluzione. Ancora una volta, Takata et al.8 hanno riscontrato dopo il trattamento in soluzione la formazione di una fase intermetallica contenente Fe (β-AlFeSi) con una morfologia a forma di bastoncino.