Effect of cerium compounds in hybrid polymer-containing coatings on the corrosion activity of magnesium and its alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper presents a method for forming a hybrid protective coating on MA8 alloy formed by plasma electrolytic oxidation (PEO) with subsequent impregnation of the resulting heterooxide layer with cerium compounds and biopolymer treatment. The coating has a developed surface and contains magnesium, oxygen, calcium and phosphorus, which imparts bioactive properties to it. The introduction of cerium nitrate into the coating increases corrosion resistance without damaging the coating structure. Electrochemical studies (PDP and EIS) confirmed a significant improvement in the protective properties of hybrid coatings: the GP-NC01 sample demonstrates a 5,9-fold decrease in the corrosion current density and a 22-fold increase in polarization resistance compared to the base PEO coating. Volumetric tests revealed a 4-fold decrease in the volume of released hydrogen after 7 days of exposure to NaCl. The highest inhibitor efficiency (83%) was achieved for samples with a hybrid coating, which confirms the promise of a combined approach for protecting magnesium alloys.

About the authors

A. S. Gnedenkov

Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia

Email: asg17@mail.com

V. S. Marchenko

Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia

Email: filonina.vs@gmail.com

A. D. Nomerovskii

Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia

Email: nomerovskii.ad@outlook.com

S. L. Sinebryukhov

Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia

Email: sls@ich.dvo.ru

V. K. Ivanov

Institute of General and Inorganic Chemistry named after N. S. Kurnakov RAS, Moscow, Russia

Email: van@igic.ras.ru

S. V. Gnedenkov

Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok, Russia

Email: svg21@hotmail.com

References

  1. Gnedenkov S.V. et al. Properties of coatings formed on magnesium alloy MA8 by the method of plasma electrolytic oxidation.Vestnik of the FEB RAS.2010;(5): 35–46. (In Russ.).
  2. Gnedenkov A.S., Sinebrukhov S.L., Filonina V.S., Sergienko V.I., Gnedenkov S.V. Physicochemical bases of local heterogeneous corrosion of magnesium and aluminium alloys. Moscow: TECHNOSPHERA; 2022. 424 p. doi: 10.22184/978-5-94836-661-6.
  3. Gnedenkov A.S. et al. Corrosion of the welded aluminium alloy in 0.5 M NaCl solution. Part 2: Coating protection.Materials (Basel).2018;11(11):2177. doi: 10.3390/ma11112177.
  4. Gnedenkov S.V. et al. Composite protective coatings on the nitinol surface.Materials and Manufacturing Processes. 2008;23(8):879–883.
  5. Gnedenkov A.S. et al. Design of self-healing PEO-based protective layers containing in-situ grown LDH loaded with inhibitor on the MA8 magnesium alloy.J. Magnes. Alloy.2023;11(10):3688–3709. doi: 10.1016/j.jma.2023.07.016.
  6. Gnedenkov A.S. et al. The effect of smart PEO-coatings impregnated with corrosion inhibitors on the protective properties of AlMg3 aluminum alloy.Materials.2023;16(6):2215. doi: 10.3390/ma16062215.
  7. Gnedenkov A.S. et al. Carboxylates as green corrosion inhibitors of magnesium alloy for biomedical application.Journal of Magnesium and Alloys. 2024;12(7):2909–2936. doi: 10.1016/j.jma.2024.07.004.
  8. Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Marchenko V.S., Nomerovskii A.D., Kononenko Ya.I., Sergienko V.I., Gnedenkov S.V. Hybrid coatings with a self-healing effect on the surface of functional materials.Vestnik of the FEB RAS. 2024;6:41–55. (In Russ.).
  9. Guo J. et al. An anti-stripping and self-healing micro-arc oxidation/acrylamide gel composite coating on magnesium alloy AZ31.Materials Letters. 2020;260:126912. doi: 10.1016/j.matlet.2019.126912.
  10. Matsuda T. et al. Self-healing ability and particle size effect of encapsulated cerium nitrate into pH sensitive microcapsules.Progress in Organic Coatings. 2016;90:425–430. doi: 10.1016/j.porgcoat.2015.10.021.
  11. Shcherbakov A.B., Ivanova O.S., Spivak N.Ya. et al. Synthesis and biomedical applications of nanodispersed cerium dioxide. Tomsk: Publishing House of Tomsk State University; 2016. 474 p.
  12. Kuznetsova M.N., Zhilkina V.Y. Nanoparticles of cerium oxide. The application and cerium oxide toxicity assessment.Pharmacy and Pharmaceutical Technology. 2021;(2):38–43. doi: 10.33920/med-13-2102-02.
  13. Nandhini G. et al. Study of polycaprolactone/curcumin loaded electrospun nanofibers on AZ91 magnesium alloy.Materials Today: Proceedings. 2020;33:2170–2173. doi: 10.1016/j.matpr.2020.03.327.
  14. Dhanasekaran N.P.D. et al. Recent advancement in biomedical applications of polycaprolactone and polycaprolactone-based materials.Encyclopedia of Materials: Plastics and Polymers. 2022;4:795–809.https://doi.org/10.1016/b978-0-12-820352-1.00217-0
  15. Mavis B. et al. Synthesis, characterization and osteoblastic activity of polycaprolactone nanofibers coated with biomimetic calcium phosphate.Acta Biomaterialia. 2009;5(8):3098–3111. doi: 10.1016/j.actbio.2009.04.037.
  16. Li L.-Y. et al. Advances in functionalized polymer coatings on biodegradable magnesium alloys – A review.Journal of Materials Science & Technology. 2018;79:23–36.
  17. Zhao X. et al. 3D-printed Mg-1Ca/polycaprolactone composite scaffolds with promoted bone regeneration.Journal of Magnesium and Alloys. 2024;12(3):966–979. https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.07.002
  18. An K. et al. Synergistic control of wetting resistance and corrosion inhibition by cerium to enhance corrosion resistance of superhydrophobic coating.Colloids and Surfaces. A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022;653:129874. doi: 10.1016/j.colsurfa.2022.129874.
  19. Zahedi Asl V. et al. The effect of cerium cation on the microstructure and anti-corrosion performance of LDH conversion coatings on AZ31 magnesium alloy.Journal of Alloys and Compounds. 2020;821:153248. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.153248.
  20. Zimou J. et al. Structural, morphological, optical, and electrochemical properties of Co-doped CeO2thin films.Materials Science in Semiconductor Processing. 2021;135:106049. doi: 10.1016/j.mssp.2021.106049.
  21. Boudellioua H. et al. Effects of polyethylene glycol (PEG) on the corrosion inhibition of mild steel by cerium nitrate in chloride solution.Applied Surface Science. 2019;473:449–460. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.12.164.
  22. Stojadinović S. Plasma electrolytic oxidation of metals.Journal of the Serbian Chemical Society. 2013;78(5):713–716.https://doi.org/10.2298/JSC121126129S
  23. Wang D. et al. Inhibitive effect of sodium molybdate on corrosion behaviour of AA6061 aluminium alloy in simulated concrete pore solutions.Construction and Building Materials. 2021;270:121463. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121463.
  24. Wang J.-L. et al. The unexpected role of benzotriazole in mitigating magnesium alloy corrosion: A nucleating agent for crystalline nanostructured magnesium hydroxide film.Journal of the Electrochemical Society. 2015;162(8):C403–C411. doi: 10.1149/2.0781508jes.
  25. Shahini M.H. et al. Recent advances in biopolymers/carbohydrate polymers as effective corrosion inhibitive macro-molecules: A review study from experimental and theoretical views.Journal of Molecular Liquids. 2021;325:115110. doi: 10.1016/j.molliq.2020.115110.
  26. Gnedenkov A.S. et al. Hybrid coatings for active protection against corrosion of Mg and its alloys.Polymers.2023;15(14):3035. doi: 10.3390/polym15143035.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».