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Hard and wear resistant coatings deposited by PVD techniques have been characterized for decades for their capabilities to protect steel substrates from corrosion. In the present work the effect of Mg incorporated into TiN coatings is described in terms of the corrosion behavior as well as the mechanical and structural properties.
TiN and TiMgN films with Mg contents between 10 and 35 at.% were deposited onto mirror polished 100Cr6 (1.3505) steel samples with 2.5 and 5 μm thickness by using DC magnetron sputtering. The corrosion protection capabilities of the coatings were characterized by neutral salt spray (NSS) test, considering the amounts and sizes of growth defects inherent in each coated sample as determined by a recently developed optical scan method (Large Area High Resolution mapping). The defect data were statistically analyzed for improved interpretation of NSS test results. Chosen growth defects were additionally analyzed by focused ion beam technique. Furthermore the coating composition and morphology, the hardness and the tribological behavior were characterized.
Polished steel samples coated with 2.5 μm TiMgN containing about 35 at.% Mg were in the plane free of corrosion after 24 h in a NSS test. TiMgN with 10 or 20 at.% Mg only provided a slightly improved corrosion protection in relation to pure TiN coatings, which was limited to certain types of growth defects. The highest Mg containing coatings exhibited a decreased hardness down to 1200 or 1800 HV depending on type of deposition (HV 1200: Ti- and Mg-target with rotating substrate holder, 1800: Mg-plugged Ti-target with static substrate holder), but also showed a strongly improved wear resistance against Al2O3 related to pure TiN. By analyzing the NSS test results it was found that the corrosion behavior of the coated samples did not only depend strongly on the Mg content, but also on the sample individual defect concentrations. Therefore this subject is extensively discussed.
This contribution will show that gel-type electrolytes influence protective layers on zinc coatings considerably less than typical bulk electrolytes. Different zinc coatings are investigated, their naturally formed protective layers are electrochemically characterized and corrosion relevant values are determined by using a gel pad based on polysaccharide. From the results it is evident that gel-type electrolytes represent a viable and promising field in corrosion research.
Korrosionsuntersuchungen mit gelartigen Elektrolyten an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten
(2016)
Ein neuer Ansatz bei elektrochemischen Korrosionsuntersuchungen kann durch den Einsatz von gelartigen Elektrolyten als Alternative zu wässrigen Prüfelektrolyten beschritten werden. Gelartige Elektrolyte ermöglichen minimalinvasive Untersuchungen an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten.
Dadurch können korrosionsrelevante Kennwerte ermittelt werden, die Aussagen zur Deckschichtbildung und zur Stabilität der gebildeten Deckschichten erlauben. In diesem Beitrag wird anhand verschiedener Deckschichtzustände an Zink der Mehrwert von gelartigen Elektrolyten für die Korrosionsforschung verdeutlicht.
The development of organic coatings for corrosion protection is an elaborate process with a multitude of often interminable investigations and tests of protection properties. Electrochemical methods support the processes of development to a great extent and help to understand mechanisms of action and failure. They are usually carried out on applied coating systems with a completed formulation. An examination possibility is presented in this publication that enables the characterization of waterbased coatings with different formulation variations in the liquid (aqueous) state with the aid of electrochemical noise technique. Thus, selection of binders, pigments, and other additives is supported essentially and made more efficient in a very early Phase of formulation development. The paper shows that a unique insight into the dynamic processes of a metal in contact with an aqueous coating dispersion is possible using the example of the development of zinc-free corrosion-inhibiting pigments for waterbased coatings. In addition, it is presented in which way the results correlate with the performance of applied coatings.
Elektrochemisches Rauschen von unlegiertem Stahl in wasserbasierten Bindemittel-Pigment-Gemischen
(2017)
Die Entwicklung von Beschichtungen für den Korrosionsschutz ist ein aufwändiger Prozess mit einer Vielzahl von oftmals langwierigen Untersuchungen und Prüfungen der Schutzeigenschaften.
Elektrochemische Methoden unterstützen die Entwicklungsprozesse in hohem Maße und helfen beim Verstehen von Wirk- und Schadensmechanismen. Sie werden meistens an fertig formulierten und applizierten Beschichtungssystemen vorgenommen. Es wird eine Untersuchungsmöglichkeit vorgestellt, bei der sich wasserbasierte Beschichtungsstoffe in unterschiedlichen Formulierungsvarianten bereits im flüssigen Zustand mit Hilfe des elektrochemischen Rauschens charakterisieren lassen. Damit ist es möglich, bereits in einer sehr frühen Phase der Formulierungsentwicklung die Auswahl von Bindemitteln, Pigmenten und weiteren Zusatzstoffen entscheidend zu unterstützen und effizienter zu gestalten. Am Beispiel der Entwicklung von zinkfreien Korrosionsschutzpigmenten für wasserbasierte Beschichtungen
wird gezeigt, dass ein einzigartiger Einblick in die dynamischen Prozesse bei Kontakt eines Metalls mit der wässrigen Beschichtungsdispersion möglich ist und wie dies mit der Performance der Beschichtungen korreliert.
Ein neuer Ansatz bei elektrochemischen Korrosionsuntersuchungen kann durch den Einsatz von gelartigen Elektrolyten als Alternative zu wässrigen Prüfelektrolyten beschritten werden. Gelartige Elektrolyte ermöglichen minimalinvasive Untersuchungen an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten. Dadurch können korrosionsrelevante Kennwerte ermittelt werden, die Aussagen zur Deckschichtbildung und zur Stabilität der gebildeten Deckschichten erlauben. In diesem Beitrag wird anhand verschiedener Deckschichtzustände an Zink der Mehrwert von gelartigen Elektrolyten für die Korrosionsforschung verdeutlicht.
. Hard coated steel components are used in a wide application range, mostly for protective, wear resistant and decorative purposes. Despite of these coatings being regarded as relatively dense, there is always a high risk of localized corrosion when a coated low alloyed steel component encounters a surrounding high humidity atmosphere or even an aqueous medium. An approach to enhance the corrosion properties is the addition of magnesium to physical vapor deposited hard coatings, like TiN. It has been found that there is a remarkable increase in corrosion resistance in dependence of magnesium content of the TiMgN coating and its surface properties. In this work the authors will explain the underlying corrosion protection mechanisms by means of electrochemical and analytical studies. The positive impact of magnesium in the coating relates on its preferred dissolution vs. steel. This causes the potential to shift to more negative direction with respect to the steel substrate and additionally leads to a temporarily passivation of the steel due to alkalization of the surrounding electrolyte by formation of magnesium hydroxide.
Die Präsentation behandelt ein abgeschlossenes DFG Projekt welches die Fragestellung um das Korrosionsverhalten von TiMgN-Hartstoffschichten beleuchtet. Am Beginn des Vorhabens und in dessen weiterem Verlauf standen zahlreiche Ergebnisse die belegen, dass durch den Einbau von Mg in TiN-Hartstoffschichten das Korrosionsverhalten der beschichteten Stahlproben verbessert wird. Es gilt vorab festzuhalten, dass durch die TiMgN-Schicht eine großflächige Abschirmung des Stahls vor dem umgebenden Medium gegeben ist. Jedoch liegt bei nicht auszuschließenden Defekten bis zum Stahl, bedingt durch die Herstellung und/oder dem späteren Gebrauch, eine Gefährdung durch lokale Korrosion vor. Bei Kontakt mit wässriger, chloridhaltiger Lösung benetzt die Oberfläche und verbindet die TiMgN-Schicht über die Defekte mit dem dort freiliegenden Stahlsubstrat über den Elektrolyten. Zur Wirkungsweise des Korrosionsschutzes durch Mg in TiMgN konnten zum Ende des Vorhabens drei grundsätzliche Mechanismen identifiziert werden.
Die Präsentation behandelt ein abgeschlossenes DFG Projekt welches die Fragestellung um das Korrosionsverhalten von TiMgN-Hartstoffschichten beleuchtet. Am Beginn des Vorhabens und in dessen weiterem Verlauf standen zahlreiche Ergebnisse die belegen, dass durch den Einbau von Mg in TiN-Hartstoffschichten das Korrosionsverhalten der beschichteten Stahlproben verbessert wird. Es gilt vorab festzuhalten, dass durch die TiMgN-Schicht eine großflächige Abschirmung des Stahls vor dem umgebenden Medium gegeben ist. Jedoch liegt bei nicht auszuschließenden Defekten bis zum Stahl, bedingt durch die Herstellung und/oder dem späteren Gebrauch, eine Gefährdung durch lokale Korrosion vor. Bei Kontakt mit wässriger, chloridhaltiger Lösung benetzt die Oberfläche und verbindet die TiMgN-Schicht über die Defekte mit dem dort freiliegenden Stahlsubstrat über den Elektrolyten. Zur Wirkungsweise des Korrosionsschutzes durch Mg in TiMgN konnten zum Ende des Vorhabens drei grundsätzliche Mechanismen identifiziert werden.
A new approach to the assessment of the corrosion behaviour of zinc coatings under atmospheric conditions can be achieved using gel-type electrolytes as an alternative to standard aqueous test electrolytes. Gel-type electrolytes allow minimally invasive corrosion investigations on zinc coatings. They also provide the possibility to carry out corrosion investigations onsite. By using gel-type electrolytes corrosion-relevant characteristic values such as corrosion currents and polarization resistances can be determined. These allow to describe the formation and the stability of the formed corrosion product layers under various climatic conditions. With this knowledge, a prediction of the zinc coating life cycle is possible. In this contribution, the value of gel-type electrolytes for corrosion research on zinc coatings is presented.