Shot peening of AZ31 magnesium alloy: role of surface microstructure and iron diffusion on corrosion behaviour

ABSTRACT

In the present work, surface grain refined AZ31 magnesium (Mg) alloy was produced by shot peening (SP). X-ray diffraction analysis demonstrated iron diffusion into the surface of AZ31 Mg alloy during SP. Higher hardness, increased surface energy and decreased corrosion resistance were observed for the shot-peened surface due to nanostructured grains resulted from SP. From the immersion studies in a simulated physiological solution carried out for 3 days, higher level of biomineralization was observed for the shot peened AZ31 compared with the base alloy that dominated the adverse effect of iron diffusion in resisting the biocorrosion. The results suggest that the nano-structuring of AZ31 Mg alloy surface helps to enhance the biomineralization to control the degradation. However, the selection of processing medium is crucial to eliminate the effect of chemical composition change during the process in tailoring the corrosion behaviour of AZ31 Mg alloy for biomedical implant applications.

On a soumis l’alliage de magnésium (Mg) AZ31 à un grenaillage en utilisant des billes d’acier de 2 mm de diamètre pour obtenir l’affinage du grain de surface. À partir des études microstructurales, on a observé une couche de grains fins sur une profondeur de 50 μm à la section transversale. L’analyse par diffraction des rayons X a clairement montré la présence de pics correspondant au fer dans l’AZ31 grenaillé en plus de pics de Mg, ce qui suggère une diffusion du fer dans la surface de l’alliage Mg AZ31 pendant le grenaillage. On a enregistré une dureté plus élevée sur la surface grenaillée en raison de la microstructure raffinée. À partir des mesures d’angle de contact, on a calculé une énergie de surface accrue pour la surface grenaillée, ce qui est attribué à l’effet de nombreux défauts et grains nanostructurés produits à la surface. On a observé une résistance à la corrosion réduite lors des essais de polarisation potentiocinétique pour l’échantillon grenaillé en raison de la présence de plus de fer qui a augmenté la corrosion galvanique. On a immergé les échantillons d’alliage de base et de grenaillage dans une solution physiologique simulée pendant trois jours et l’on a trouvé que plusieurs phases de couleur blanche étaient déposées sur les surfaces. Les études de la composition élémentaire et de diffraction des rayons X ont confirmé la présence d’hydroxyde de magnésium et de phases à base de calcium. Les mesures de perte de poids ont démontré une perte de poids inférieure pour l’AZ31 grenaillé par rapport à l’alliage de base avec l’augmentation de la durée d’immersion à 72 h, car la biominéralisation dominait l’effet indésirable de la diffusion du fer sur la résistance à la biocorrosion. Les résultats suggèrent que la nanostructuration de la surface de l’alliage de Mg AZ31 aide à améliorer la biominéralisation et à contrôler la dégradation. Cependant, le choix du support de traitement est crucial pour éliminer l’effet du changement de composition chimique au cours du procédé afin d’adapter le comportement à la corrosion de l’alliage de Mg AZ31 pour des applications d’implants biomédicaux.

KEYWORDS:

• Magnesium
• surface engineering
• corrosion
• surface energy
• hardness

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).