Corrosion behavior of AI-AI2O3 composites in aerated 3.5% chloride solution

Abstract

Aluminum based metal matrix composites are finding many applications in engineering. Of these Al-Al2O3 composites appear to have promise in a number of defense applications because of their mechanical properties. However, their corrosion behavior remains suspect, especially in marine environments. While efforts are being made to improve the corrosion resistance of Al-Al2O3 composites, the mechanism of corrosion is not well known. In this study, the corrosion behavior of powder metallurgy processed Al-Cu alloy reinforced with 10, 15, 20 and 25 vol. % Al2O3 particles (XT 1129, XT 2009, XT 2048, XT 2031) was evaluated in aerated 3.5% NaCl solution using microstructural and electrochemical measurements. AA1100-O and AA2024T4 monolithic alloys were also studied for comparison purposes. The composites and unreinforced alloys were subjected to potentiodynamic polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) testing. Addition of 25 vol. % Al2O3 to the base alloys was found to increase its corrosion resistance considerably. Microstructural studies revealed the presence of intermetallic Al2Cu particles in these composites that appeared to play an important role in the observations. Pitting potential for these composites was near corrosion potential values, and repassivation potential was below the corresponding corrosion potential, indicating that these materials begin to corrode spontaneously as soon as they come in contact with the 3.5 % NaCl solution. EIS measurements indicate the occurrence of adsorption/diffusion phenomena at the interface of the composites which ultimately initiate localized or pitting corrosion. Polarization resistance values were extracted from the EIS data for all the materials tested. Electrically equivalent circuits are proposed to describe and substantiate the corrosive processes occurring in these Al-Al2O3 composite materials.

Los compuestos de matriz metálica de aluminio encuentran muchas aplicaciones en ingeniería. De estos compuestos Al-Al2O3 parecen tener un sinnúmero de aplicaciones como materiales de defensa debido a sus propiedades mecánicas. Sin embargo, su comportamiento a la corrosión es incierto, especialmente en ambientes marinos. Mientras se realizan esfuerzos para mejorar su resistencia a la corrosión de Al-Al2O3, los mecanismos de corrosión aun están en discusión. En este estudio, el comportamiento a la corrosión de las aleaciones Al-Cu procesadas por pulvimetalurgia reforzadas con 10, 15, 20, 25 % de partículas de alúmina en volumen (XT 1129, XT 2009, XT 2048, XT 2031 en ese orden) fueron evaluadas en una solución aireada al 3.5% de NaCl usando mediciones microestructurales y electroquímicas. Aleaciones monolíticas AA1100-O y AA2024-T3 fueron usadas para comparación. Los compuestos y las aleaciones no reforzados fueron sujetos a ensayos polarización potencio-dinámica y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS, por sus siglas en ingles). Se encontró que adiciones de 25% en volumen de Al2O3 a la aleación base incrementa la resistencia a la corrosión considerablemente. Estudios de microestructura revelan partículas de compuesto intermetalico Al2Cu jugando un papel importante en estas observaciones. El potencial de picado para estos compuestos fue cercano al potencial de corrosión, y el potencial de repasivación estuvo por debajo del potencial de corrosión, indicando que estos materiales comienzan a corroer espontáneamente tan pronto entran en contacto con la solución de 3.5% de NaCl. Mediciones de EIS indican fenómenos de adsorción/difusión en la interface de los compuestos las cuales inician la corrosión localizada o picado. Los valores de la resistencia de polarización fueron extraídos de los datos de EIS. El circuito equivalente fue propuesto para describir y sustraer los procesos de corrosión de los materiales compuestos Al-Al2O3.