Effect of electrolyte flow on the corrosion behaviour of AZ31B alloy for use in the automotive industry

Magnesium (Mg) alloys are critical structural metals to the automotive industry due to their low density and high strength-to-weight ratio. The qualities employed in automobile components reduce fuel consumption and consequently, environmental pollution due to decreased greenhouse gas emissions. However, the alloys' poor corrosion resistance limits their application, specifically upon exposure to harsh service environments. Current strategies for the corrosion mitigation in Mg alloys can be synthesized into two methods: (i) corrosion protection, often achieved by the addition of inhibitors or in the form of protective coatings and (ii) corrosion prevention, typically achieved by alloying or improving the corrosion resistance of Mg alloys through a change in their chemical composition and phase constituents. However, the fast and efficient development of Mg-based alloys remains limited by the lack of a complete understanding of Mg alloy corrosion mechanisms and overall behaviour in all real service environments and particularly by the difficulties associated with emulating such variable environments. The focus of this thesis was to investigate the influence of electrolyte flow on the corrosion behaviour of AZ31B Mg alloy in 3.5 wt.% NaCl solution by using a rotating disc electrode (RDE). Interfacial processes such as charge transfer, diffusion and adsorption of corrosion species were discerned qualitatively by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In addition to EIS, the corrosion kinetics was also studied by linear polarization. The topography/morphology/chemical composition and crystalline structure of the surface was characterized by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), surface roughness analysis and X-ray diffraction (XRD).The rotation of the RDE generates fluid flow which removes dissolved Mg2+ from the AZ31B surface surrounding thereby reducing the precipitation of the corrosion oxide layer, Mg(OH)2, which can partially protect the surface form further corrosion. Thus, increasing the RPM causes a sharp decrease in the corrosion resistance of AZ31B due to the formation of a progressively less-protective Mg(OH)2 film and then reaches a plateau at approximately 2500 RPM. Surface characterization indicated that the non-uniform degradation of the alloy surface was dominated by filiform corrosion and an eventual lateral growth of stable pits at higher rotations. Conclusively, it is evident that the construction of wheel rims from AZ31B will result in severe deterioration upon exposure to the alkali conditions of city streets often treated with chemical de-icing methods after heavy snowfall.Les alliages de magnésium (Mg) sont des métaux structuraux critiques pour l'industrie automobile en raison de leur faible densité et de leur rapport poids-force élevé. Les caractéristiques de ces composants automobiles réduisent la consommation de carburant et, par conséquent, l'impact environnemental grâce à une réduction des rejets de gaz à effet de serre. Cependant, la faible résistance à la corrosion de ces alliages limite leur application, en particulier lorsqu'ils sont exposés à des conditions de service rugueuses. Les stratégies actuelles d'atténuation de la corrosion dans les alliages de Mg peuvent être synthétisées en deux méthodes : (i) protection contre la corrosion, souvent obtenue par l'addition d'inhibiteurs ou sous forme de revêtements protecteurs et (ii) prévention de la corrosion des alliages de magnésium à travers une modification de leur composition chimique et de leurs constituants. Cependant, le développement rapide et efficace des alliages à base de Mg reste limité par le manque de compréhension globale des mécanismes de corrosion et de leur comportement dans de diverses conditions de service réelles. En effet, cette compréhension reste limitée par la complexité de la reproduction de tels environnements variables à l'échelle du laboratoire. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'influence de la circulation de l'électrolyte sur le comportement à la corrosion de l'alliage AZ31B Mg dans une solution à 3,5% en poids de NaCl en utilisant une électrode à disque tournant (EDT). Les processus interfaciaux tels que le transfert de charge, la diffusion et l'adsorption des espèces de corrosion ont été étudiés qualitativement par spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE). En plus de l'SIE, la cinétique de corrosion a également été étudiée par polarisation linéaire. La topographie, morphologie, composition chimique et la structure cristalline de la surface ont été caractérisées par microscopie optique (OM), microscopie électronique à balayage (SEM), spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS), analyse de rugosité de surface et diffraction des rayons X (XRD).La rotation du EDT génère un flux de fluide qui élimine le Mg2+ dissous de la surface AZ31B environnante, réduisant ainsi la précipitation de la couche d'oxyde de corrosion, Mg(OH)2, qui peut partiellement protéger la surface contre la corrosion. Ainsi, l'augmentation de la vitesse de rotation entraîne une forte diminution de la résistance à la corrosion de AZ31B en raison de la formation d'un film de Mg(OH)2 progressivement moins protecteur, puis atteint un plateau à environ 2500 tr/min. La caractérisation de surface a indiqué que la dégradation non uniforme de la surface de l'alliage était dominée par la corrosion filiforme et une croissance latérale éventuelle des fosses stables à des rotations plus élevées. En conclusion, il est évident que la construction des jantes de l'AZ31B entraînera une grave détérioration en cas d'exposition aux conditions alcalines des rues de villes traitées avec des méthodes de dégivrage chimique après de fortes chutes de neige