초고온 보호를 위한 Ti/Al2O3 + TiO2 및 Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 하이브리드 코팅 조사

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19363(2022) 이 기사 인용

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낮은 내식성은 마그네슘 합금, 특히 초경량 마그네슘-리튬 합금의 중요한 문제입니다. 표면 처리는 내식성을 향상시키는 한 가지 방법입니다. 이 논문은 PVD와 ALD 방법을 결합한 하이브리드 공정에서 얻은 Ti/Al2O3 + TiO2 및 Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 코팅과 AE42(Mg–4Li–2RE)에서 얻은 Al2O3 + TiO2 유형의 ALD 코팅에 대한 테스트 결과를 제시합니다. 및 LAE442(Mg–4Li–4Al–2RE). 구조 연구는 주사 및 투과 전자 현미경(SEM 및 TEM), 원자력 현미경, EDS 및 XPS 분광법을 사용하여 수행되었습니다. 테스트된 재료의 전기화학적 특성을 결정하기 위해 0.05M NaCl 용액에서 전위차 테스트와 전기화학적 임피던스 분광학 EIS를 수행했습니다. 또한 볼 온 디스크 방법을 사용하여 표면 젖음성 및 마찰 특성에 대한 테스트를 수행했습니다. 양극 분극 곡선 분석과 Tafel 분석을 바탕으로 Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 코팅이 두 기판 모두에서 가장 좋은 전위차 특성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 특히, 마그네슘-리튬 기판에서 이 하이브리드 코팅의 분극 저항 값은 Rpol = 14 × 103 Ω × cm2이고, 부식 전류 값은 jcorr = 0.4 µA/cm2입니다. 코팅되지 않은 LAE442 기판의 경우 분극 저항은 Rpol = 1.05 × 103 Ω × cm2이고 부식 전류 값은 jcorr = 5.49 µA/cm2입니다. 이러한 개선은 PVD와 ALD 기술 결합의 시너지 효과에 기인합니다. 이번 연구에서는 하이브리드 코팅이 초경량 마그네슘 합금의 부식 방지 및 마찰 특성 개선에 미치는 영향을 확인했습니다.

수년 동안 높은 비강도, 높은 감쇠 용량, 필요한 재활용성 및 낮은 밀도와 같은 우수한 특성으로 인해 마그네슘 및 리튬 합금은 주로 일반적으로 사용되는 가전 제품 및 자동차 산업에 널리 사용되었습니다. 마그네슘 합금에 리튬을 첨가하면 성형성이 향상되고 밀도가 매우 낮아집니다. 반대로, Mg-Li 합금에 알루미늄을 첨가하면 강도가 향상되고 밀도가 약간 증가하여 연신율이 감소합니다. 이러한 확실한 장점 외에도 Mg-Li 합금에는 경도가 낮고 내식성이 좋지 않다는 단점이 있습니다. 마그네슘 합금의 기계적 특성은 화학적 조성과 열 및 소성 처리를 수정하여 효과적으로 향상시킬 수 있지만, 큰 문제는 내식성의 향상입니다1,2,3,4,5.

이를 위해 단일 또는 다상 시스템에서 최적의 코팅 재료를 찾기 위해 이러한 재료의 표면 처리가 점점 더 자주 사용됩니다. 큰 문제는 "다기능성", 즉 부식에 대한 저항성뿐만 아니라 화학적으로 안정하고 무독성이며 우수한 광학적 및 전기적 특성, 탁월한 친수성 및 소수성 특성, 우수한 광촉매성을 갖는 코팅 또는 층 시스템을 찾는 것입니다. UV 광선에 노출된 후의 특성. 연구 연구 분석에 따르면, 특히 ALD 층의 원자 증착 기술을 포함하여 물리 기상 증착(PVD) 및 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 얻은 금속 산화물에 의해 이러한 광범위한 물리화학적 특성이 보장될 수 있음이 나타났습니다6 ,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

우수한 물리화학적 특성, 높은 내식성, 경도 및 내마모성을 지닌 AZ91D 마그네슘 합금 기재에 PVD 방법으로 얻은 코팅 중에서 RFPVD 기술을 적용한 ZrO2 코팅을 구별할 수 있으며 이는 저자에 의해 10에서 확인되었습니다. 특히 내식성을 향상시키는 또 다른 PVD 코팅은 ZnO 코팅과 ZnO/MWCNT 이중 코팅입니다. 연구11에서는 침지 코팅을 통해 얻은 화학적으로 불활성인 MWCNT층이 PVD 기법으로 얻은 ZnO 코팅의 결함(미세 기공 및 미세 균열)을 채워 코팅 내 부식 중심이 형성되는 것을 방지하여 부식을 증가시키는 것으로 나타났다. 저항은 이 경우 합금 기질인 마그네슘 Mg–0.8Ca–3Zn이었습니다. PVD 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 연구12의 일부로 Mg-3Sn 합금의 기판에 Si1-xCx 층, Mg 중간층이 있는 Si1-xCx 코팅 및 Mg/ AlTi/Si1-xCx 층. 저자는 Si1-xCx 코팅이 마그네슘 합금 자체의 특성을 저하시키지 않으면서 재료의 열전도도와 전기 저항 및 내식성을 향상시키는 것을 보여주었습니다. 결과적으로, AlTi 중간층은 기본 물질12에 대한 코팅의 접착력을 향상시켰습니다.