金属腐蚀与防护 电偶腐蚀

镁合金电偶腐蚀的影响因素及其防护的研究
摘要：介绍了镁合金电偶腐蚀的影响因素，其中包括电偶序的影响、环境因素的影响、面积效应、电偶对间距的影响等。

介绍了几种提高镁合金耐电偶腐蚀的措施，包括稀土元素对镁合金耐蚀性的影响、选择匹配材料、加入缓蚀剂、合理设计结构等。

关键词：镁合金，电偶腐蚀，影响因素，防护
镁合金具有密度小、导电性好、比强度高和电磁屏蔽性好以及良好的加工性能、焊接性能和抗冲击性能等,广泛应用于电子、汽车和航空等领域。

镁合金由于标准电极电位很低,化学活性高,其表面无法形成具有保护性的氧化膜。

当与其它金属接触时,它往往作为阳极而遭受电偶腐蚀。

电偶腐蚀除了加速镁合金阳极构件的腐蚀破坏外，还可以诱发点蚀、缝隙腐蚀等工程中更危险的腐蚀破坏，因此电偶腐蚀是镁合金应用设计中必须要考虑的一个因素。

1.电偶腐蚀发生的条件
电偶腐蚀实际上是宏观腐蚀电池的一种,产生电偶腐蚀应具有下列三个基本条件。

①存在离子导电支路：对大多数电偶腐蚀来说，腐蚀电解质主要是指凝聚在材料表面上含有某些杂质(氯化物、硫酸盐等)的水膜或溶液。

腐蚀电解质必须连续的存在于不同材料之间，构成腐蚀电池的离子导电支路。

②存在不同自腐蚀电位的材料：电偶腐蚀的驱动力是两种材料之间的自腐蚀电位差。

③存在电子导电支路：两种不同材料的直接接触或通过其他导体连接，构成电偶腐蚀电池的电子导电支路。

2.影响镁合金电偶腐蚀的因素
2.1电偶序的影响
与镁合金偶接的金属材料种类不同,其化学成分也不同,这会使电偶对间的电位差不同,导致其电偶电流大小也不同,从而直接影响镁合金电偶腐蚀的程度。

电偶电流随电位差的增大而增大。

镁合金与跟它偶接的金属之间的电位差越大,镁合金作为阳极就越容易被加速腐蚀。

2.2环境因素的影响
环境中各种因素对镁合金电偶腐蚀性能的影响是不同的。

目前,镁合金的使用环境主要是大气、海水和工业环境。

镁合金在大气中的腐蚀主要取决于空气的湿度和污染程度。

镁合金在海洋大气环境(如青岛)中的初期电偶腐蚀速度要高于其在城市工业大气(如武汉)中的初期电偶腐蚀速度。

童震松等的研究表明，在大气中暴晒3个月后，青岛的大气电偶腐蚀效应明显高于武汉的大气电偶腐蚀效应。

随着暴晒时间的延长,青岛和武汉的大气电偶腐蚀效应分别呈降低和升高的趋势。

何积锉等则发现镁合金在盐雾环境中存在着显著的电偶腐蚀加速效应,其腐蚀速率是无电偶情况的3-4倍。

朱绒霞的研究表明，在高温度、高湿度(81.8%)、多酸雨的盐雾环境中,镁合金表面可以形成一层含Cl-的电解质膜,这层膜使镁合金与与其偶接的金属之间构成腐蚀电偶对。

另外,研究还表明,高自然降尘量对镁合金电偶腐蚀可以起到加速的作用。

2.3面积效应
通常，阴阳极面积比对电偶腐蚀影响较大，一般情况下，当阴极面积增大时，阳极材料的腐蚀速率会加快。

偶对中阳极和阴极的电流强度相等，阳极面积越小，其电流密度就越大，因而腐蚀速率也就越高。

所以要尽量避免小阳极和大阴极结构。

2.4电偶对间距的影响
电偶对之间的距离也会严重影响其腐蚀行为。

镁合金的电偶电流作用距离是有限的,而且腐蚀一般发生在试片的边缘附近电偶电流随着阴阳极间距的增大而减小,且减小的幅度随阴阳极间距的增大而逐渐变小,与间距不存在直线关系,而是类似指数衰减。

赵艳娜等也发现:同一种镁合金的电偶电流的分布是不均匀的,距离结合部位越近,腐蚀就越强烈;而且其有效距离与Cl-浓度有关,随着Cl-浓度的增大而增大。

其原因是:增大电偶对间距也就增大了带电阴离子的扩散距离,从而使传质过程受到阻碍,则电偶电流密度就会降低。

3.提高镁合金耐电偶腐蚀的措施
提高镁合金耐电偶腐蚀的措施主要有以下几条：
3.1稀土元素对镁合金耐蚀性的影响
稀土元素(La，Ce)加人镁合金有利于降低镁合金电偶腐蚀的倾向。

一般可解释为:稀土元素能进人到镁合金的表面膜中,降低表面膜的水合作用,进而使表面膜更加稳定。

宋雨来等汇在AZ91中加人0.85%-1.7%(wt)的铈,明显提高了开路电位,降低了电偶腐蚀电流。

这是由于在电偶腐蚀过程中,镁合金表面生成了含有稀土氧化物的腐蚀产物膜,抑制了腐蚀过程的进行,使合金在较宽的极化电位范围内表现出良好的钝化性,提高了合金的抗腐蚀性能。

3.2选择匹配材料
合理选择垫圈/垫片材料和尺寸将有效控制镁一异种金属连接处的电偶腐蚀。

与镁相容性较好的异种金属多为铝镁合金(5000系列)或铝一镁一硅系列(6000系列),可以用作垫圈、垫片和紧固件材料,有时也用作结构部件。

朱绒霞指出塑料垫圈可以很好地防止电偶腐蚀发生,甚至当镁合金上没有任何涂层保护时也是如此,而且还能保护涂层,以防装配时损伤涂装系统。

但塑料不耐高温,用铝合金垫圈代替塑料垫圈也是一种不错的选择,因为铝的强度比塑料高得多,因此更能经受装配时的损伤。

3.3加入缓蚀剂
张继心等的研究发现,AZgID压铸镁合金在水-乙二醇体系中的电偶腐蚀速度降低了1个数量级以上,而且腐蚀由加人缓蚀剂前的阴极控制转变为阳极控制,且对阳极过程抑制显著。

镁合金在Mobil冷却液中局部表面被腐蚀,但在加KF 的Toyota长效冷却液中未被腐蚀。

这说明在适当的商用冷却液中加入氟化物缓蚀剂,就有可能有效地抑制镁合金发动机的腐蚀。

3.4合理设计结构
合理的结构设计可以避免在镁合金和异种金属装配面上液体和灰尘的残留,另外,还可避免出现大阴极(异种金属)和小阳极(镁)的情况。

5结语
在自然环境中,镁合金与异种金属藕接不可避免地产生不同程度的电偶腐蚀。

设计时应全面考虑整个藕接系统、进行合理的结构设计、选择合适的匹配材料、在镁合金和异种金属表面分别涂装性能优良的耐碱性涂层,其中环境的选择至关重要。

根据生产实际需要,针对不同电偶材质和环境,研究经济而有效的电偶腐蚀防护措施仍是一项挑战性的工作。

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