EW75和ZK60两种典型镁合金腐蚀机理研究

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镁及镁合金具有质量轻、比强度高和比刚度高等诸多优点,是最轻的金属结构材料。然而,由于镁的电极电位很负,以及在空气中表面自然形成的氧化膜疏松,使镁及镁合金的耐蚀性很差,极大的限制了他们的应用。近年来,稀土镁合金引起了越来越多的关注。稀土镁合金具有良好的力学性能,即使在高温下仍具有较高的强度和良好的抗蠕变性能,并且稀土镁合金也表现出良好的耐蚀性。本文选择稀土镁合金Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr(EW75)和不含稀土的ZK60镁合金作为研究材料,对比研究两种材料中的第二相、孪晶和织构影响腐蚀行为的机理。通过研究铸态EW75稀土镁合金中第二相对腐蚀行为的影响,发现合金中第二相的Volta电位比镁基体更负。在浸泡初期,合金中第二相作为微阳极优先发生溶解反应,随着浸泡时间的增加,第二相的溶解逐渐加深。由于第二相与镁基体之间的电位差不大,经过长时间浸泡后,样品表面被腐蚀产物覆盖,第二相与镁基体之间的差别进一步减小,两者的腐蚀形貌差别也不再明显。通过不同的热处理制度调整EW75和ZK60镁合金中第二相的形状、尺寸及分布,并对热处理后的样品进行析氢和失重耐蚀性评价,结果发现EW75镁合金的耐蚀性受两方面作用共同影响,一方面是第二相与镁基体之间微电偶腐蚀对合金的加速溶解作用,另一方面是表面膜对合金的保护作用;而ZK60镁合金的表面膜不具有保护性,其耐蚀性由第二相与镁基体之间微电偶腐蚀对合金的加速溶解作用决定。EW75镁合金的耐蚀性先是随着第二相与镁基体之间的微电偶腐蚀作用减弱而得到改善,当晶界上的共晶第二相完全固溶进入镁基体后,第二相与镁基体之间的微电偶腐蚀可以忽略不计,但同时不利于表面膜的保护性,导致合金的耐蚀性出现小幅度的下降。过时效处理后,合金的晶粒内部有大量析出相均匀的分布,促进了富含稀土元素的表面膜形成,改善了表面膜的保护性,抑制了局部腐蚀的发生,提高了合金的耐蚀性。对于ZK60镁合金,在晶界上的共晶第二相固溶进入镁基体的同时,晶粒内部会析出细小的杆状相。因此,ZK60镁合金在均匀化热处理过程中,第二相与镁基体之间的微电偶腐蚀变化不大,合金的腐蚀速率也基本不变。时效处理的过程中,ZK60镁合金晶粒内部杆状相的数量和尺寸进一步增加,恶化合金耐蚀性。通过研究EW75和ZK60镁合金中孪晶对合金腐蚀行为的影响,发现EW75镁合金中孪晶的存在改善了合金的耐蚀性,而ZK60镁合金中孪晶会恶化合金的耐蚀性。孪晶区晶面与基体之间形成的微电偶对一方面能加速合金的溶解反应,另一方面能促进表面膜形成。EW75镁合金的表面膜中含有稀土元素,保护性较好,因此EW75镁合金中,孪晶区晶面与基体之间的微电偶对促进表面膜形成的作用,可以改善合金的耐蚀性。ZK60镁合金的表面膜不具有良好的保护性,因此ZK60镁合金中孪晶区晶面与基体之间的微电偶腐蚀只能起到加速合金溶解的作用,恶化合金的耐蚀性。稀土镁合金不具有强织构,本文仅研究了 ZK60镁合金中织构对合金腐蚀行为的影响。通过研究ZK60镁合金挤压板材不同外观坐标面的微观结构及织构分布情况,发现ZK60镁合金挤压板材的ED面是强{10(?)0}织构,TD面是强{0002}织构,而ND面上晶粒取向随机分布。ND面耐蚀性最差,TD面耐蚀性最好,原因可归结于两点:ND面上晶粒取向随机分布,不同晶粒之间存在微电偶腐蚀;ND面上Zr元素分布较集中,富Zr区呈离散状分布,而ED面和TD面上富Zr区沿挤压条带分布,比较均匀连续,对腐蚀的扩展有阻挡作用。研究发现EW75镁合金在空气和溶液中形成的表面膜都含有稀土元素。EW75镁合金在溶液中形成的表面膜具有特殊的颜色,铸态和均匀化态样品的表面膜颜色为金黄色,过时效样品的表面膜为黑色。通过长时间浸泡及划伤后浸泡发现,过时效样品的表面膜具有长期保护性及自愈合能力。截面观察结果表明,过时效样品的表面膜结构致密,稀土元素分布均匀,长时间浸泡也没有裂纹出现,并与基体结合完好。
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