Master's Thesis

Surface treatment of 3D-printed structures made of WE43 magnesium alloy for enhanced corrosion resistance

Final Thesis 4.9 MB

Author of thesis: Bc. Adam Řičánek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Buchtík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Leoš Doskočil, Ph.D.

Abstract:

This thesis investigates the structure, surface treatments, and corrosion behaviour of the 3D printed magnesium alloy WE43, prepared using the (SLM) method. The surface of the printed structure exhibited adhered particles and resublimated magnesium, leading to increased roughness and open porosity. Selected etching solutions were tested to remove surface impurities and unmelted powder particles from the structure's surface. Chemical etching was deemed unsuitable due to excessive etching, corrosive attack on the base material or insufficient surface cleaning. Electrolytic etching in 10% HClO4 in ethanol for 5 minutes proved to be the most effective method. Subsequently, a PEO coating with a thickness of approximately 3.5 μm was prepared on the samples, consisting primarily of magnesium oxide with a minor fraction of phosphates. The coating exhibited a typical porous structure with the presence of cracks. Corrosion tests in Hank’s solution proved significantly lower corrosion resistance in uncoated samples, which experienced rapid formation of corrosion product layers, development of pitting corrosion, and gradual structural disintegration. In contrast, the PEO coating significantly slowed the corrosion process and reduced hydrogen evolution; however, local failures occurred, particularly in geometrically complex areas. Long-term exposure also led to coating degradation and subsequent attack on the substrate. It was found that the PEO coating effectively resists corrosion and extends the service life of the 3D-printed structures, though the quality of the surface preparation remains a key factor.

Keywords:

Magnesium, WE43 alloy, PEO coating, SLM, corrosion behaviour

Date of defence

02.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant při obhajobě práce na téma Povrchová úprava 3D tištěných struktur z Mg slitiny WE43 pro zvýšení korozní odolnosti nejdříve představil motivaci své práce. Pak následoval popis experimentu. Dále student komisi představil výsledky své práce především charakterizace povlaků a vyhodnocení korozních testů. Student následně odpovídal na otázky oponenta: 1)Autor interpretuje korozní chování zejména z hlediska vlastností PEO povlaku, avšak nezmiňuje vliv samotného 3D tištěného materiálu. Jakým způsobem mohou specifické vlastnosti 3D struktury ovlivňovat výsledné korozní chování systému? 2)Korozní produkty vznikající v Hanksově roztoku často zahrnují fosforečnany, uhličitany a Mg(OH)₂, které mohou zvyšovat korozní odolnost materiálu. Jaké faktory mohly vést k absenci uhličitanových produktů a pouze omezené tvorbě fosforečnanových fází? Komise poté položila následující otázku: 1) Provádí se testy opadu při korozních testech? Na dané otázky diplomant výborně odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Technology of Materials (NPCP_CHTM)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Buchtík, Ph.D.

Předložená diplomová práce studenta Adama Řičánka pojednává o povrchové úpravě 3D tištěných struktur z Mg slitiny WE43 pro zvýšení korozní odolnosti. V teoretické části práce student shrnul základní poznatky týkající se hořčíkových slitin, aditivní výroby kovových materiálů a problematiky korozní degradace mg materiálů. Dále jsou zde popsány vybrané metody povrchových úprav a jejich vliv na korozní chování připravených struktur.
V experimentální části student prokázal samostatný a svědomitý přístup k laboratorní práci. Během realizace experimentů pracoval aktivně, osvojil si potřebné experimentální postupy a zodpovědně přistupoval k přípravě vzorků i samotným měřením. Oceňuji zejména jeho samostatnost při práci v laboratoři a ochotu řešit vzniklé problémy.
Slabší stránkou práce je však samotné zpracování výsledků a celková úroveň textové části diplomové práce. Je patrné, že značná část experimentální části práce byla dokončována v časové tísni na poslední chvíli, což se místy projevuje na kvalitě formulací, stylistice textu i přehlednosti některých částí výsledkové a diskuzní sekce. Student měl rovněž rezervy ve zpracování textu a bylo nutné jej k dokončení práce průběžně vést a bylo potřeba věnovat zvýšenou pozornost koordinaci a finalizaci textové části. Přesto práce obsahuje relevantní experimentální výsledky a splňuje požadavky kladené na diplomovou práci. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání B
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Leoš Doskočil, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá problematikou korozního chování 3D tištěné hořčíkové slitiny WE43 připravené metodou SLM a možnostmi zvýšení její korozní odolnosti pomocí PEO povlaků. Téma práce je odborně významné zejména s ohledem na rostoucí zájem o aditivně vyráběné hořčíkové materiály pro biomedicínské aplikace.
Teoretická část je zpracována na velmi dobré úrovni a přehledně shrnuje základní poznatky řešené problematiky, přičemž současně poskytuje základní přehled o současném stavu poznání v této oblasti.
Experimentální část je zpracována systematicky a zahrnuje optimalizaci předúpravy povrchu pro depozici PEO povlaků i jejich následnou charakterizaci pomocí vhodně zvolených metod.
Za hlavní přínos práce lze považovat optimalizaci způsobu čištění povrchu 3D tištěné slitiny WE43, přípravu PEO povlaků a prokázání jejich pozitivního vlivu na korozní odolnost v prostředí Hanksova roztoku.
Po formální stránce je práce zpracována přehledně, odborným jazykem a s dobrou logickou návazností jednotlivých kapitol. Autor prokázal schopnost samostatné experimentální práce, interpretace výsledků i práce s odbornou literaturou. Drobné formální nedostatky (např. odlišný font písma v tabulce 5) nijak nesnižují celkovou kvalitu práce.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace B
Topics for thesis defence:
  1. Autor interpretuje korozní chování zejména z hlediska vlastností PEO povlaku, avšak nezmiňuje vliv samotného 3D tištěného materiálu. Jakým způsobem mohou specifické vlastnosti 3D struktury ovlivňovat výsledné korozní chování systému?
  2. Korozní produkty vznikající v Hanksově roztoku často zahrnují fosforečnany, uhličitany a Mg(OH)₂, které mohou zvyšovat korozní odolnost materiálu. Jaké faktory mohly vést k absenci uhličitanových produktů a pouze omezené tvorbě fosforečnanových fází?
  3. Na základě jakých kritérií byla optimalizována metoda leptání 3D tištěné slitiny WE43 a jaké parametry jste považoval za klíčové pro posouzení kvality připraveného povrchu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová