金属阳离子对镁在含Cl−溶液中腐蚀行为的影响

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镁及镁合金具有质轻、比强度高、循环利用率高、铸造性好等优异性能,被广泛应用在军工、航天航空、汽车等领域。近年来,考虑到金属镁毒性极低及良好的生物相容特点,其作为生物材料的用途被广泛关注。但是镁的化学活性高和耐蚀性较差,无论在工业潮湿环境中,还是在人体生理环境中,腐蚀问题都不容忽视,是制约其应用的主要瓶颈。本文采用电化学测试方法评价金属阳离子对金属镁在含Cl?溶液中腐蚀行为的影响,通过扫描电子显微镜,能谱仪和X射线光电子能谱等表面分析技术,结合软硬酸碱理论对镁的腐蚀行为进行了定量和定性的描述。主要的研究结果如下:  (1)当溶液中Cl?浓度为10 mM时,镁腐蚀速率大小为:CuCl2>NaCl>LiCl>CaCl2>MnCl2>NiCl2。镁在含Mn2+,Ni2+的溶液中腐蚀速率较小,是由于阳离子硬度较大,容易渗入镁腐蚀产物膜且改变了膜层结构,形成致密的保护性混合膜,阻挡侵蚀性Cl?和H2O分子对基体的破坏;在所添加的阳离子中,虽然Cu2+的硬度最大,但镁在含Cu2+的溶液中腐蚀速率最大,可能是由于 Cu2+与基体构成腐蚀电偶对,导致镁剧烈的活化溶解,难以形成稳定的腐蚀产物膜。  (2)当溶液中Cl?浓度为100 mM时,镁腐蚀速率大小为:NiCl2>NaCl>LiCl>CaCl2>MnCl2。研究发现Cl?促进镁溶解的作用大大加强。镁在Ca2+、Mn2+溶液中腐蚀速率较小,是因为硬度较大的阳离子能够减小Cl?对镁基体的侵蚀程度,抑制腐蚀;而软金属阳离子(Na+和Li+)则会促进Cl?对基体的侵蚀,加速腐蚀;在所添加的阳离子中,Ni2+硬度最大,但与Ca2+和Mn2+不同的是,镁在含 Ni2+的溶液中腐蚀速率最大,这是由于镁与浓度较大的NiCl2接触时,对基体没有保护作用,导致基体不断被腐蚀。  (3)为了探究混合金属阳离子对镁在缓冲介质中腐蚀行为的影响,研究了混合阳离子对镁在含10 mM Cl?的硼酸缓冲液中的腐蚀行为。结果表明,镁腐蚀速率大小为:NaCl>NaCl+CaCl2>NaCl+MnCl2。硼酸缓冲液会阻碍氯化物溶液的pH值发生较大变化,抑制阴阳极反应,从而减缓镁的腐蚀进程。与参照溶液(Na+)相比,硼酸缓冲液中添加硬的混合金属阳离子(Na++Ca2+,Na++Mn2+)后可以提高镁的耐蚀性能,这是由于硬的金属阳离子渗入膜层,提高了膜层稳定性。
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