Rezultate

Brevet de Invenție nr. 132201 eliberat în 30/06/2020: INSTALAȚIE ȘI METODĂ PENTRU OBȚINEREA DE STRATURI PROTECTOARE LA COROZIUNE PE OȚEL CARBON PRIN OXIDARE ÎN PLASMĂ ELECTROLITICĂ.

Autori: A.V.Andrei, V.Malinovschi, Gh.Albu, I.M.Borascu, E.Coacă – ELSSA LABORATORY.
 Cerere Brevet de Invenție în curs de depunere pentru INSTALAȚIE ȘI METODĂ PENTRU OBȚINEREA DE STRATURI SUPERFICIALE PROTECTOARE LA COROZIUNE PE OȚELURI PRIN SATURARE ÎN PLASMĂ ELECTROLITICĂ, ÎN REGIM ANODIC
 Cerere Brevet de Invenție în curs de depunere pentru METODA DE OBŢINERE A STRATURILOR CERAMICE DIN OXID DE ALUMINIU PE OŢEL INOXIDABIL 316L PRIN DEPUNERE CATODICĂ ÎN PLASMĂ ELECTROLITICĂ
 Rezultate recente publicate în reviste cotate ISI referitoare la:
• Obținerea de pelicule ceramice subțiri pe bază de oxid de aluminiu pe oțeluri austenitice 304 L și 316 L prin PEO [1,2];
• Caracterizarea microstructurii și microcompoziției structurilor de protecție dezvoltate pe oțel 316L prin tehnici cu plasmă electrolitică [3];
• Stabilizarea fazei tetragonale a ZrO2 în straturi depuse pe Zr 2,5 Nb prin PEO în electroliți de aluminat de sodiu [4,5];
• Îmbunătățirea proprietăților mecanice, tribologice și electrochimice ale aliajelor de Ti prin PEO [6,7].

 Pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a oțelurilor selectate pentru utilizarea în sistemele nucleare avansate tip Heavy Liquid Metal (HLM) la temperaturi de peste 500 ° C, o posibilitate este de a alia stratul de oțel superficial cu Al, utilizând fasciculul pulsurilor electronice - GESA; este evident interesul de a dezvolta tehnici de ingineria suprafeței mai ieftine și mai permisive cu geometria componentelor tratate, cum ar fi PEO. În [1], [2], [3] sunt descrise rezultate privind dezvoltarea pe oțel austenitic 316L, a unor straturi ceramice pe bază de oxid de aluminiu, folosind PEO; este prezentată o descriere de ansamblu a proceselor electrochimice implicate în creșterea acoperirilor ceramice pe bază de aluminiu, îmbunătățirea proprietăților suprafeței, împreună cu unele considerații despre dezvoltarea noilor materiale pentru tehnologiile energetice inovative.

 Faza tetragonală a ZrO2 oferă un comportament superior la coroziune în condiții specifice de funcționare a tubului de presiune CANDU. În [4], [5] sunt prezentate rezultate despre stabilizarea fazei tetragonale de ZrO2 în straturile de acoperire preparate pe aliaj Zr–2,5% Nb în timpul oxidării electrolitice în plasmă în soluție apoasă de aluminat de sodiu. Straturile care conțin zirconiu policristalin și oxid de aluminiu amorf au fost obținute prin oxidarea în plasmă electrolitică (PEO) a aliajului Zr2,5%Nb în soluții apoase de electroliți cuprinzând NaAlO2 (pH = 13,0) și respectiv NaAlO2 cu adaus de NaOH (pH = 13,2). Acoperirile PEO au fost analizate prin difracție de raze X (XRD), microscopie electronică de baleiaj cu spectroscopie cu dispersie de energie (SEM-EDS) și teste de polarizare potențiodinamică. Straturile de acoperire depuse conțin în principal fază policristalină de ZrO2 tetragonală și fază de oxid de aluminiu amorf (Al2O3). Au grosimi cuprinse între 9,0 și 53,0 µm și sunt neuniforme, eterogene și poroase. Stabilizarea fazei tetragonale cu zirconiu de către matricea de oxid de aluminiu a fost realizată prin mecanismul de „constrângere”. Valorile densității curentului de coroziune pentru straturile PEO sunt mai mici cu 1–2 ordine de mărime decât cele ale aliajului Zr–2,5% Nb netratat.

 Titanul și aliajele sale au proprietăți remarcabile, inclusiv rezistență ridicată la coroziune, comportament mecanic bun, rezistență și tenacitate bună la oboseală, modul elastic scăzut, raport mare rezistență-greutate, densitate relativ scăzută, punct de topire ridicat, biocompatibilitate bună. Aceste proprietăți au condus la dezvoltarea unei game largi de aplicații industriale în diverse domenii precum nuclear, aerospațial, chimic, biomedical, auto, energetic, militar și maritim. Unele dezavantaje legate de rezistența scăzută la uzură, duritatea scăzută, coeficientul ridicat de frecare și rezistența slabă la coroziune în medii agresive precum acidul sulfuric, acidul clorhidric și acidul fosforic se numără printre factorii care pot limita aplicațiile acestor aliaje. Din acest motiv, este necesară acoperirea suprafeței metalice cu un strat de acoperire pentru a îmbunătăți și mai mult uzura și performanța mecanică a titanului pur și aliajelor de titan, prin diferite procese de depunere. În [6], [7] sunt prezentate rezultate privind îmbunătățirea proprietăților tribologice, mecanice și a comportamentului electrochimic al CP-Ti, prin tratamente PEO.

-În [6], investigăm efectele soluției de electrolit acid care conține NaH2PO4·2H2O și ale densității curentului electric asupra încorporarii fosforului, microstructurii, proprietăților mecanice și rezistenței la coroziune în soluția fiziologică Ringer a straturilor de PEO depuse pe Ti pur. Noutatea abordării noastre este de a îmbunătăți formarea fazei de rutil și de a crește fracția de rutil/anatază prezentă în straturile de suprafață prin adaptarea parametrilor de depunere în interiorul rezervorului electrolitic în timpul creșterii filmului, atât potențiostatic, cât și galvanostatic, în diferite concentrații de fosfat de sodiu și timpi de tratament.

-În [7] sunt prezentate rezultate privind probele acoperite cu PEO de CP-Ti grad 2 care au fost obținute într-o soluție electrolitică constând din NaAlO2 la concentrații de 10 până la 20 g/L și NaOH fixat de 2 g/L în condiții galvanostatice ( 0,36 A/cm2) pentru un timp de creștere de 10, 20 și 30 min.
- Acoperirile sunt policristaline prezentând oxizi de titan-aluminiu sub formă de TiAl2O5 și/sau Ti2Al6O13 ca faze dominante, combinate cu forme γ-Al2O3 și α-Al2O3 și o cantitate mică de structură cristalină NaAl6O9.5;
- Viteze mari de răcire realizate la suprafață inhibă tranziția de fază a TiAl2O5 într-un amestec de oxizi de aluminiu și titan și astfel, TiAl2O5 este stabil la temperatura camerei;
- Excesul de oxid de aluminiu favorizează dezvoltarea inițială a titanatului de aluminiu, iar oxizii rămași cristalizează în fazele α- și γ- ale Al2O3;
- Durata crescută a procesului PEO joacă rolul cheie în promovarea formării α- Al2O3 pe substratul Ti, indiferent de concentrația electroliților implicați;
- Morfologia de suprafață a straturilor de oxid pare a fi poroasă, acoperită cu găuri asemănătoare craterelor și particule microdimensiuni dispersate pe tot filmul. Prin aplicarea unei tensiuni de scânteie identice, dimensiunile microporilor au fost menținute constante în timpul creșterii acoperirii (5–15 μm);
- Oxigenul aflat la suprafata si in interiorul peliculelor favorizeaza oxidarea atomilor de metal care formeaza straturile de oxid PEO;
În timpul procesului PEO, atunci când concentrația de NaAlO2 în soluția electrolitică și intervalul de depunere cresc, straturile nou formate cu grosimi cuprinse între 9,0 și 53,6 μm au prezentat o îmbunătățire dramatică a performanțelor mecanice, în ceea ce privește duritatea și rezistența la zgârieturi, comparativ cu Ti neacoperit, producând valori cuprinse între 5,5 și 24,5 GPa și 21 până la 45 N, respectiv. Proprietățile excelente de aderență și duritate pot fi legate de fazele α-Al2O3 și γ-Al2O3 din acoperirile obținute;
- Rezistența la coroziune în soluție apoasă de NaCl 3,5% în greutate la temperatura camerei pentru toate probele tratate s-a dovedit a fi cu două ordine de mărime mai mare în comparație cu Ti pur.

[1] V. A. Andrei, E. Coaca, M. Mihalache, V. Malinovschi, M. Pătraşcu (Mincă), "Study of ceramic-like alloy oxide thin films developed using plasma electrolytic oxidation applied on austenitic steels, Surface and Interface Analysis, Vol. 48 , Issue 7 (2016)

[2] Victor Aurel Andrei, Cristiana Radulescu, Viorel Malinovschi, Alexandru Marin,
Elisabeta Coaca, Maria Mihalache, Cristian Nicolae Mihailescu, Ioana Daniela Dulama, Sofia Teodorescu, Ioan Alin Bucurica, „Aluminum Oxide Ceramic Coatings on 316l Austenitic Steel Obtained by Plasma Electrolysis Oxidation Using a Pulsed Unipolar Power Supply”, Coatings, 2020, 10, 318

[3] V.A.Andrei, E. Coaca, I. Ionita, G. Torok, O.A. A. Rusin, A. Marin, M. Mihalache, L. Velciu, V. Malinovschi, T. Visan, "Microstructures and Micro Composting Developed by Plasma Electrolysis Processing of 316L Austenitic Steels to Achieve Al-containing Surface Layer” Materials Today: Proceedings, 4, (2017), 6990-6999

[4] V.Malinovschi, A. Marin, D. Negrea, V. Andrei, E. Coaca, "Tetragonal ZrO2 phase stabilization in coating layers prepared on Zr-2.5% Nb alloy during plasma electrolytic oxidation in sodium aluminate electrolytes”;, Materials Research Express, 4, (2017), 095702

[5] V. Malinovschi, A. Marin, D. Negrea, V. Andrei, E. Coaca, C. N. Mihailescu, Cristian P. Lungu, „ Characterization of Al2O3/ZrO2 composite coatings deposited on Zr-2.5Nb alloy by plasma electrolytic oxidation”, Applied Surface Science 451 (2018) 169-179

[6] V. Malinovschi, A. Marin, V. Andrei, E. Coaca, C.N. Mihailescu, Cristian P. Lungu,
Cristiana Radulescu, Ioana Daniela Dulama, „Obtaining and characterization of PEO layers prepared on CP-Ti in sodium dihydrogen phosphate dihydrate acidic electrolyte solution” , Surface & Coatings Technology 375 (2019) 621–636

[7] V. Malinovschi, A. Marin, C. Ducu, V. Andrei, E. Coaca, Valentin Craciun, Mihail Lungu,” Influence of sodium aluminate concentration and process duration on microstructure, mechanical and electrochemical behavior of PEO coatings formed on CP-Ti”, Surface & Coatings Technology, Volume 418, 25 July 2021, 127240