镁合金AZ91D在氯化钠溶液中的腐蚀行为

第30卷 第1期

2010年2月

航 空 材 料 学 报

J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS

V o l 30,N o 1 F ebu rary 2010

镁合金AZ91D 在氯化钠溶液中的腐蚀行为

白丽群1,2

, 舒康颖1

, 李 荻

2

(1.中国计量学院材料科学与工程学院,杭州310018;2.北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)

摘要:通过容量法、失重法和电化学阻抗谱(E IS)方法研究了镁合金AZ91D 铸件及压铸件在5%氯化钠溶液中的腐蚀及电化学腐蚀行为。利用扫描电子显微镜(SE M )、能量色散谱(EDS)和X -射线衍射(XRD )方法研究了腐蚀产物表面形貌及其组成。结果表明:两种合金的腐蚀产物相同,由块状的化合物氢氧化镁[M g (OH )2]和松枝状的水合氢氧化镁氯化物[M g 2C l (OH )3 4H 2O ]组成;镁合金A Z91D 压铸件的耐腐蚀性能比镁合金A Z91D 铸件好;并通过浸泡过程中电荷转移电阻(R t )和双电层电容(Y )的变化解释了两种合金的耐腐蚀性能差异。关键词:镁合金A Z91D;耐腐蚀性能;E IS ;腐蚀产物DO I :10 3969/j i ssn 1005 5053 2010 1 012

中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2010)01 0062 05

收稿日期:2009 03 21;修订日期:2009 05 18基金项目:国家自然科学基金(50702054)

作者简介:白丽群(1978 ),女,副教授,(E ma il)ba ili qun78@163.co m 。

镁合金被认为是21世纪的 绿色材料 。由于具有质量轻、刚性好、散热性强、有金属光泽、电磁屏蔽性好、易加工和可回收利用等优异的性能而广泛

应用于汽车制造、机械制造、航空航天、通讯、光学仪器和计算机制造、办公设备、光学设备、体育用品等领域[1~3]

。在航空航天和军事领域上,主要用在飞

机、导弹、鱼雷、雷达、卫星上[3]

。然而,耐腐蚀性能较差是限制镁合金应用的关键问题之一。因此,镁合金应用前都要进行适当的表面处理以增强其耐腐蚀性能。但是,合金的微观组织结构影响其表面处理时的成膜过程,表面膜层遭到破坏后合金自身的耐腐蚀性能对合金的腐蚀快慢起决定作用。本研究以镁合金AZ91D 作为研究对象,通过容量法、失重法和电化学阻抗谱(E IS)等方法研究了镁合金AZ91D 铸件及压铸件在5%氯化钠溶液中的腐蚀及电化学腐蚀行为。利用扫描电子显微镜(SE M )、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)方法研究了腐蚀产物表面形貌及其组成。并监测浸泡过程中E I S 的变化,通过电荷转移电阻(R t )和双电层电容(Y)的变化解释了两种合金的耐腐蚀性能差异。

1 试验方法

试样材料为镁合金AZ91D,其化学成分(质量

分数/%)为:A l 8.5~9.5,M n 0.17~0.4,Zn 0.45~0.9,Fe 0.004,S i 0.05,N i 0.001,Cu 0 015,镁余量。试样规格为20mm 30mm

150mm,表面依次通过180~800#

碳化硅水磨砂纸打磨,用自来水及去离子水清洗,丙酮擦洗后晾干,置于干燥器中待用。实验前利用2%~5%金属清洗剂,50 对试样进行除油3m i n 。

采用5%NaC l 溶液(p H =6.8~7.0)35 1 全浸腐蚀实验,面容比为1 20,测量浸泡过程中镁合金试样因腐蚀而析出的氢气量(容量法)来评定

镁合金的耐腐蚀性能[4]

。试样浸泡取出后依次通过:铬酸溶液清洗(200g /L C r O 3+10g /L Ag NO 3) 去离子水漂洗 热风吹干 称重,计算试样的腐蚀

失重量[5]

。分别用S 530型扫描电子显微镜(SE M ),Link ISI S 能量色散谱仪(EDS )和D /m ax2200PC 自动X 射线衍射仪(XRD)观察镁合金腐蚀前后表面形貌,分析腐蚀产物。

电化学测量仪器为C H I660a 型电化学工作站,电化学阻抗谱的24h 跟踪测试在自腐蚀电位下进行,实验温度为35 1 ,腐蚀介质为5%NaC l 溶液,用金属网包覆三电极体系,饱和甘汞电极为参比电极,大面积铂片为辅助电极。研究电极为镁合金试样,工作面积1c m 1c m ,用氯丁橡胶涂封。测量范围为1 10-2

~1 105

H z ,采用Zsi m pw in 软件进行解析。

2 结果与讨论

2.1 腐蚀速率

图1和图2分别是采用容量法测得的镁合金试

第1期镁合金AZ91D 在氯化钠溶液中的腐蚀行为样因腐蚀产生的析氢量和腐蚀失重量。由图1可以看出:镁合金AZ91D 铸件因腐蚀产生的析氢量远远大于AZ91D 压铸件,且析氢量与浸泡时间是线性增长关系;而镁合金AZ91D 压铸件的腐蚀析氢量随着浸泡时间的增加增长缓慢。这一结果与利用传统的失重法测得的耐腐蚀性能相一致(图2)。相同的浸泡时间失重量的顺序为:M 铸件>M 压铸件。容量法和失重法的结果都表明:镁合金AZ91D 压铸件的耐腐蚀性能更好,腐蚀速率更小一些。耐腐蚀性能的差异可能与合金的微观结构及腐蚀后产生的腐蚀产物

有关。

为了证明腐蚀速率是否与腐蚀后生成的腐蚀产物有关,参阅相关文献

[6]

,将图1中的数据用多项式

V (t)=A +B 1t +B 2t

2

拟合。拟合后得到的参数值如表1所示。

表1 镁合金A Z91D 腐蚀析氢量的拟合参数T able 1 T he fitted para m eters of m agnesi u m a ll oys A Z91D M a terials A B 1B 2R

C asti ng A Z91

D -0.095330.197970.005850.99999D ie casting A Z9D 0.157720.05587-0.000850.99030

由表1可知:根据B 1值说明镁合金AZ91D 铸件的腐蚀溶解速度很大;且腐蚀溶解速度增加程度也比较大(参见B 2)。镁合金AZ91D 铸件的B 2大于零表明:在OH -离子和C l -离子的竞争中,C l -

的侵蚀作用远远高于OH -微弱的阻止作用,腐蚀过程具有自催化特点;而对于镁合金AZ91D 压铸件,

OH -对镁合金进一步的腐蚀起微弱的抑制作用。2.2 电化学性能

腐蚀是由电化学反应引起的,E I S 是研究腐蚀的有用方法之一,E IS 能斯特图中容抗弧的直径和

腐蚀速率密切相关[7~9]

。镁合金试样的E I S 结果如图3所示。由图3可知:两种合金的E I S 都是由一个下移的高中频容抗弧和一个低频感抗弧组成。说明两种合金的腐蚀机理相同,但腐蚀速率不同。参

阅相关文献[10]

,利用Zsi m pw i n 解析软件,采用模型R (QR (LR ))进行拟合,拟合曲线与实测曲线吻合得很好。从高中频的容抗弧看,R t 值都比较小(102

),且刚浸入溶液时,就存在感抗弧。说明两种镁合金都比较容易腐蚀,刚浸入溶液就进入了点蚀的孕育期。但镁合金AZ91D 压铸件的电荷转移电阻R t 较大,

耐腐蚀性能较好。

图3 镁合金的电化学阻抗谱能斯特图

F i g .3 N yqu i st plots ofM g a lloys

为了进一步研究浸泡过程中不同合金腐蚀行为的变化,对试样进行了连续24h 的E I S 跟踪测量。

并对E I S 的数据解析,得到了包括弥散效应指数在内的6个参数,分别是溶液电阻R sol 、常相位角元件Q 的电容Y 和n 值、电极反应过程的电荷转移电阻R t 、电感L 及其感抗R L 。图4是解析后得到的各参数随浸泡时间变化的关系图。由图4a 可知,两种合金的溶液电阻R sol 都很小,且在整个测试过程中比较稳定,变化不大。

由图4d 可知,镁合金AZ91D 压铸件的电荷转移电阻R t 在浸泡过程中是先降低(0~11h)、后增加(11~24h)。这可能是因为镁合金较高的活泼性

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