镁及镁合金材料的腐蚀特征
- 发布人：何俊峰
- 发布时间：2012-06-28
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当今社会的主题就包括资源节约型和环境友好型，镁合金作为最轻的工程金属材料，因其优异的性能，如密度小、比强度高、可降低能源消耗，良好的导电能力和电磁屏蔽性能，减振和阻尼性能好，易加工不易老化、对环境无污染等一系列特点受到航空航天、汽车和电子等工业的青睐，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
然而迄今为止镁的应用非常有限，耐蚀性差是其主要原因之一。因此，镁合金要大规模应用于工业，必须通过选用或开发适当的合金或对镁合金进行各种表面处理，采取一定的措施对镁合金构件进行保护来实现。
镁合金的腐蚀类型表现为全面腐蚀、电偶腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、丝状腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
1.全面腐蚀和电偶腐蚀
全面腐蚀是指整个表面均发生腐蚀，一般属于微观电池腐蚀。镁合金很容易发生电偶腐蚀。镁合金基体与内部第二相组成的电偶腐蚀在宏观上表现为全面腐蚀。镁合金全面腐蚀的耐蚀性分为10级。
电偶腐蚀是镁合金在腐蚀环境中产生的一种电化学腐蚀。溶液的PH值大小、溶液的性质、镁合金的成分及所处的环境等对电偶腐蚀均产生较大的影响。减少电偶腐蚀的主要措施是选择合适的材料、表面涂层及恰当的结构设计。
2.点蚀
点蚀多发生在表面生成钝化膜的金属材料上或表面有阴极性镀层的金属上。镁是一种自然钝化的金属，当镁在非氧化性的介质中遇到氯离子时，在它的自由腐蚀电位处会发生点蚀。镁合金在中性或碱性盐溶液中也会发生点蚀。重金属污染物会加快点蚀。
3.应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂（SCC）是指材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂，应力越大，断裂时间越短。应力腐蚀开裂是电化学-力学共同作用的结果，电化学腐蚀加上应力作用导致裂纹形成，裂纹的发展主要由力学因素引起，直至断裂。
早期对应力腐蚀开裂的研究主要集中在合金元素及微观结构对镁合金腐蚀的影响上。合金元素铝是镁合金产生应力腐蚀敏感性的最重要因素。当基体与作为阴极的晶界Mg17Al12沉淀相组成电偶对时，则晶间SCC与基体的局部电偶腐蚀有关。热处理也是影响镁合金应力腐蚀开裂的因素之一。镁合金的微观组织因素如晶粒大小、相分布及组织形貌等对镁合金的腐蚀性能有一定的影响。
4.腐蚀疲劳
锌能明显提高镁的疲劳极限，而铝和铅则作用不太大。对于AZ91，随晶粒度的降低，疲劳裂纹扩展速率加快。对于粗晶粒，裂纹扩展路径偏转幅度较细晶粒大。时效处理与固溶处理相比可降低镁合金疲劳极限，时效也可提高疲劳裂纹扩展速率。一般情况下，频率对金属材料在空气中的疲劳性能影响不大，但镁合金完全不同。镁合金在空气中存在疲劳极限，而在腐蚀介质中不存在疲劳极限。
5.其它腐蚀形式
一般认为镁及镁合金基本不发生晶间腐蚀，因为镁合金的晶界相对于晶粒来说总是阴极，所以，晶粒相对于晶界是阳极，与晶界相邻的区域首先腐蚀。他不会沿着晶界纵深发展，而是在晶界附近的晶粒内部呈粒状腐蚀。但是最近研究表明，镁合金AZ80-T5在3.5%NaCl溶液中沿晶界产生网状的晶间腐蚀。由于镁对氧浓度差不敏感，所以镁合金不存在缝隙腐蚀。丝状腐蚀是涂层下的腐蚀渗透，镁的丝状腐蚀是由丝头和丝尾氧的浓度差所驱动。
然而迄今为止镁的应用非常有限，耐蚀性差是其主要原因之一。因此，镁合金要大规模应用于工业，必须通过选用或开发适当的合金或对镁合金进行各种表面处理，采取一定的措施对镁合金构件进行保护来实现。
镁合金的腐蚀类型表现为全面腐蚀、电偶腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、丝状腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
1.全面腐蚀和电偶腐蚀
全面腐蚀是指整个表面均发生腐蚀，一般属于微观电池腐蚀。镁合金很容易发生电偶腐蚀。镁合金基体与内部第二相组成的电偶腐蚀在宏观上表现为全面腐蚀。镁合金全面腐蚀的耐蚀性分为10级。
电偶腐蚀是镁合金在腐蚀环境中产生的一种电化学腐蚀。溶液的PH值大小、溶液的性质、镁合金的成分及所处的环境等对电偶腐蚀均产生较大的影响。减少电偶腐蚀的主要措施是选择合适的材料、表面涂层及恰当的结构设计。
2.点蚀
点蚀多发生在表面生成钝化膜的金属材料上或表面有阴极性镀层的金属上。镁是一种自然钝化的金属，当镁在非氧化性的介质中遇到氯离子时，在它的自由腐蚀电位处会发生点蚀。镁合金在中性或碱性盐溶液中也会发生点蚀。重金属污染物会加快点蚀。
3.应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂（SCC）是指材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂，应力越大，断裂时间越短。应力腐蚀开裂是电化学-力学共同作用的结果，电化学腐蚀加上应力作用导致裂纹形成，裂纹的发展主要由力学因素引起，直至断裂。
早期对应力腐蚀开裂的研究主要集中在合金元素及微观结构对镁合金腐蚀的影响上。合金元素铝是镁合金产生应力腐蚀敏感性的最重要因素。当基体与作为阴极的晶界Mg17Al12沉淀相组成电偶对时，则晶间SCC与基体的局部电偶腐蚀有关。热处理也是影响镁合金应力腐蚀开裂的因素之一。镁合金的微观组织因素如晶粒大小、相分布及组织形貌等对镁合金的腐蚀性能有一定的影响。
4.腐蚀疲劳
锌能明显提高镁的疲劳极限，而铝和铅则作用不太大。对于AZ91，随晶粒度的降低，疲劳裂纹扩展速率加快。对于粗晶粒，裂纹扩展路径偏转幅度较细晶粒大。时效处理与固溶处理相比可降低镁合金疲劳极限，时效也可提高疲劳裂纹扩展速率。一般情况下，频率对金属材料在空气中的疲劳性能影响不大，但镁合金完全不同。镁合金在空气中存在疲劳极限，而在腐蚀介质中不存在疲劳极限。
5.其它腐蚀形式
一般认为镁及镁合金基本不发生晶间腐蚀，因为镁合金的晶界相对于晶粒来说总是阴极，所以，晶粒相对于晶界是阳极，与晶界相邻的区域首先腐蚀。他不会沿着晶界纵深发展，而是在晶界附近的晶粒内部呈粒状腐蚀。但是最近研究表明，镁合金AZ80-T5在3.5%NaCl溶液中沿晶界产生网状的晶间腐蚀。由于镁对氧浓度差不敏感，所以镁合金不存在缝隙腐蚀。丝状腐蚀是涂层下的腐蚀渗透，镁的丝状腐蚀是由丝头和丝尾氧的浓度差所驱动。
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