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镁合金腐蚀

在经Mg(OH)2饱和的3.5 wt%NaCl溶液中,经溶液(T4)处理并达到峰值时效的WE43合金,可以观察到均匀腐蚀[ 7 ]。经T4处理的Mg合金的这种情况涉及保护性腐蚀产物层的形成,该保护性腐蚀产物层由内部MgO层和外部Mg(OH)2层组成。经时效处理的合金的耐腐蚀性的提高归因于细微分布的沉淀物与腐蚀反应的增长之间的相互作用。

发表于2020-08-12 15:41:45,通过 cyanbat发布 | 点击数:0


2.1。均匀腐蚀

在经Mg(OH)2饱和的3.5 wt%NaCl溶液中,经溶液(T4)处理并达到峰值时效的WE43合金,可以观察到均匀腐蚀[ 7 ]。经T4处理的Mg合金的这种情况涉及保护性腐蚀产物层的形成,该保护性腐蚀产物层由内部MgO层和外部Mg(OH)2层组成。经时效处理的合金的耐腐蚀性的提高归因于细微分布的沉淀物与腐蚀反应的增长之间的相互作用。

2.2。电腐蚀

电偶腐蚀是镁合金的常见腐蚀特征。例如,在轻型动力总成和汽车车身中,Mg零件与钢连接或焊接时,可能会发生电偶腐蚀。当可降解的Mg螺钉与钛和不锈钢制成的骨板连接时,在人体液中会出现严重的电腐蚀。这种情况归因于位于电化金属系列中最活跃末端的Mg。因此,Mg及其合金在与不锈钢和钛合金等阴极金属连接时成为阳极。这种电偶腐蚀也称为双金属腐蚀。

在某些情况下,同一合金中具有不同晶粒尺寸的两层之间会发生电偶腐蚀。例如,热挤压镁合金ZK60在外层显示出粗大晶粒,在内层或中间层显示出细小晶粒[ 8 ]。具有较高开放腐蚀电位(OCP)的外层被钝化,而具有较低OCP的中间层被优先腐蚀。决定电偶腐蚀开始的是初始OCP,而不是晶粒大小[ 8 ]。

在微观水平上,在Mg合金中具有较低OCP的α-Mg基质及其周围的第二相或具有较高OCP的金属间化合物之间可能会发生微电流腐蚀。因此,该基质是阳极的并且优先被腐蚀。该理论用于解释局部腐蚀的机制,例如点蚀[ 9 ],IGC [ 8 ]和EFC [ 5 ]。

贵金属直接影响所连接的镁合金的腐蚀程度。Mg与其他金属之间的电势差会有所不同,这可能会产生不同的电偶和电流。电流随电势差的增加而增加,也就是说,镁与异种金属之间的电势差越大,镁越容易受到腐蚀。腐蚀的强度取决于微成分的相对伏特电位差,以及它们在合金中的含量,组成和分布(通过KPFM [ 10 ])。

pH值的变化可能会改变电极反应和电化金属的极性。例如,在中性或弱碱性NaCl溶液中的Al-Mg电偶合中,Al充当阴极。但是随着镁的溶解,溶液变成碱性,铝变成阳极,这是镁合金腐蚀产物的碱化作用。因此,在碱性介质中,即pH> 8.5,Mg合金基本上是无腐蚀性的。除可形成钝化膜的铬酸,磷酸和氢氟酸外,在酸性和中性溶液中的镁合金都易于腐蚀。当pH> 10.5时,由于形成了保护性的Mg(OH)2膜,Mg合金具有一定的耐腐蚀性。但是,如果溶液中含有氯-,镁合金的腐蚀速率将大大提高。

几何因素,例如阴极/阳极面积比,阴极与阳极之间的绝缘距离,覆盖电偶的溶解膜深度以及由电偶耦合引起的相互作用的相互作用方式,也会影响Mg合金的腐蚀。

电偶之间的距离对于Mg合金的腐蚀行为也很重要。镁合金腐蚀行为的电流电流的距离是有限的。腐蚀通常发生在这种样品的边缘附近[ 11 ]。下降的幅度随着距离的增加而减小,类似于指数衰减。

2.3。点腐蚀

点蚀是镁合金最常见的腐蚀类型之一。凹坑的产生与暴露的镁合金表面的化学成分和特定的微结构特征有关。第二相的化学成分,晶粒尺寸,热处理条件,形态和分布都对镁合金的腐蚀有重要影响。

对于浸没在腐蚀性环境中的砂铸镁合金ZE41-T5,在晶界(GBs)处邻近T相的α-Mg晶粒(Mg 7 Zn 3 RE)中会产生坑[ 12 ]。这归因于电偶腐蚀,它是由T相和α-Mg相之间的电势差驱动的。在随后的浸没中,位于晶粒中心的富Zr区域成为优先腐蚀点。区域中会出现小坑,并且会形成严重的攻击。

在大多数情况下,第二相(即Mg 17 Al 12和Al 8 Mn 5)相对于α-Mg基质为阴极[ 1 ],而在非常有限的情况下,第二相中包含稀土(RE)和Mg的镁合金GW93(Mg-Y-Gd)比Mg基质更具活性[ 13 ]。

Mg合金的显微组织成分通常以α-Mg基体和第二相或金属间相为特征,例如β(Mg 17 Al 12),MgSi 2,AlMn(Fe),MgZn,Mg 2 Zn [ 14 ], Mg 2 Ca,Mg 2 Sn [ 15 ],Mg 2 Cu,Al 8 Mn 5,I相(Mg 3 Zn 6 Y)[ 16 ]和T相[ 12]]。因为在大多数情况下,这些第二相的电极电势比α-Mg基质的电极电势高得多,所以溶解倾向于在第二相颗粒周围的α-Mg基质中出现。与Fe和Si共存的Mg 2 Ca小颗粒的存在会导致Mg-Ca合金的点蚀[ 17 ]。

有时,当镁合金中存在许多第二相时,点蚀是有竞争力的。在挤压镁合金AZ80中,可能存在三种金属间化合物:Mg 17 Al 12,Al 8 Mn 5和Mg 2 Si。它们与α-Mg基质相之间的伏特电位差或接触电位差不相同。由于AlMnFe相与基体之间的电位差最大[ 18 ] ,因此腐蚀优先发生在AlMnFe第二相周围。

对于Mg-Al合金,沿着Mg 17 Al 12的净结构选择性地发生点蚀。TGC将在由取芯引起的压铸镁合金AM50和AM20中进行。首先,在含锰颗粒中形成腐蚀坑,然后发展成腐蚀裂纹,并在高Al区域或晶体的GBs中延伸并终止。

点蚀会受到晶粒尺寸的影响。细化的晶粒使腐蚀形态从点蚀变为均匀腐蚀或均匀腐蚀。

挤压镁合金AM60的微观结构由α-Mg基体,沿GBs的β相和晶粒中的颗粒AlMn相组成[ 19 ]。AlMn相中的Al / Mn原子比为1.12-1.15:1。此外,Mg,Si元素数量少,形变孪晶数量少。GB主要由β相组成。AlMn相主要存在于形成立方形状的晶粒中。微观结构中既有细晶粒又有粗晶粒。同时,在粗晶粒中形成再结晶晶粒。该结果归因于热挤压加工。厚板的外层冷却速度较快,内部冷却速度较慢,因此可能会发生局部重结晶和晶粒异常生长现象。

另外,pH值对镁合金的腐蚀形态有很大的影响[ 19 ]。在酸性和中性的NaCl溶液中,围绕AlMn颗粒的Mg合金AM60的α-Mg基质相倾向于被腐蚀。因此,发生镁合金AM60的点蚀。这可能是由于AlMn相的电压高于α-Mg基质和β相的局部电偶腐蚀的结果。在碱性溶液中,可以观察到高氧化铝区域的均匀腐蚀以及细胞腐蚀形态。在pH值为12时,样品表面只有几个浅腐蚀点,并得到了很好的保护。从点蚀的形态来看,点蚀的初期部位与AlMn相有关。凹坑在与AlMn相相邻的区域的α-Mg上形成,并且在凹坑附近的基体中有许多裂纹[19 ]。β相在挤压的AM60合金的腐蚀过程中不起作用。