镁合金在大气中的腐蚀行为及其表面防护技术

镁合金由于密度小,比强度高,作为结构材料在汽车工业和电子产品领域受到广泛关注。限制镁合金进一步扩大应用的主要障碍是其差的耐腐蚀性能。镁合金主要的服役环境是在大气条件下,大气湿度、腐蚀性污染物是影响镁合金腐蚀的主要因素。在含有氯化物的环境中,镁合金呈现强的腐蚀敏感性。对于镁合金在大气环境下的腐蚀行为及其研究进展进行了综述。为了提高镁合金的耐腐蚀性能,在镁合金表面覆盖防护性膜层是有效方法。介绍了化学转化膜、阳极氧化膜、金属镀层等几种典型的镁合金表面防腐蚀处理方法。由于六价铬致癌,传统的铬酸盐表面处理工艺逐渐被限制和取缔。开发环境友好型的镁合金表面腐蚀防护技术并在工程上应用是发展趋势。     

NaCl沉积和SO2污染对镁合金初期大气腐蚀行为的影响

借助扫描电镜(SEM/EDX)、X射线衍射(XRD)研究了NaCl单个因素对镁合金AZ91D初期腐蚀行为的影响,并对SO2和NaCl的协同作用进行了探讨.NaCl存在时初期破坏金属表面的保护膜,但后期微溶性腐蚀产物的生成导致腐蚀速率的降低.当NaCl和SO2同时存在时,反应生成的可溶性产物不具有阻碍的作用,同时他们会发生部分溶解生成自由移动的离子,大量难溶物在镁合金表面难以短时间形成,故NaCl和SO2同时存在引起的腐蚀远大于两者单独存在时引起的腐蚀加和.NaCl和SO2对镁合金的初期大气腐蚀具有明显的协同作用.     

镁的腐蚀与防护及其应用

介绍了镁合金的几种腐蚀形式和表面防护方法,并对镁及镁合金应用进行了综述。     

镁合金表面超疏水性的构建及耐腐蚀性分析

为了改善传统镁合金表面较差的耐腐蚀性能,对镁合金表面依次进行硫酸刻蚀处理和电沉积处理,并采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和电化学测试系统研究其表面形貌、疏水性和耐腐蚀性的变化.扫描电子显微镜的结果表明,硫酸刻蚀-电沉积法在镁合金表面构建了一种微米-纳米多级复合结构,降低了表面能.接触角测量结果表明,制备的镁合金表面水滴静态接触角可达160°,显示出优异的超疏水性和低黏附性.电化学测试结果表明,与未处理的镁合金表面相比,硫酸刻蚀-电沉积法制备的镁合金表面的腐蚀电位提高了95 mV,对应的腐蚀电流密度和腐蚀速率均降低了1～2个数量级,表面腐蚀程度明显降低,说明这种镁合金表面具有良好的耐腐蚀性能.     

镁合金在大气环境中的电偶腐蚀

研究了AZ91D,AM50,AM60三种镁合金分别与Q235碳钢、316L不锈钢、H62黄铜、LY12铝合金4种材料组成电偶对在青岛和武汉大气暴晒实验场进行周期分别为3,6,15,20,27个月的大气腐蚀行为及规律. 结果表明,镁合金作为电偶对的阳极其腐蚀速率在与实验所用材料偶接后显著提升. 其中,与Q235碳钢、316L不锈钢偶接后大气电偶腐蚀效应最大,而与LY12铝合金偶接后大气电偶腐蚀效应最小. 青岛站镁合金试样的大气电偶腐蚀效应要明显高于武汉站的试样. 不同镁合金的大气电偶腐蚀效应γ之间存在的基本关系为AZ91D最大,AM50最小.     

AZ91D镁合金在含植酸NaCl溶液中的腐蚀行为

植酸是从植物中提取的1种环保的化工原料,但其应用范围仍然有限．为探索植酸对镁合金在氯化钠溶液中腐蚀的作用及植酸对镁合金腐蚀的抑制作用,采用失重法及表面分析技术,研究了AZ91D压铸镁合金在不同pH值下1％植酸、0．5％NaCl溶液中的腐蚀行为．不论失重实验还是扫描电子显微镜观察及能谱分析结果都表明,植酸对AZ91D镁合金在NaCl溶液的腐蚀具有明显的抑制作用。这种抑制作用是植酸和镁合金表面形成了化学转化膜等方式抑制．这层膜有效地阻止了侵蚀性阴离子Cl对镁合金的腐蚀．     

阴极极化法制备AZ91D表面铈转化膜的研究

应用阴极极化技术在AZ91D镁合金表面形成铈盐转化膜,研究了转化膜的腐蚀防护作用.腐蚀行为的测试是将阴极极化成膜试样、浸泡转化成膜试样和基体在3.5%NaCl溶液中进行动电位极化测试,结果表明:阴极极化铈盐转化成膜处理可使合金的腐蚀电位正移,出现钝化现象,自腐蚀电流密度明显降低,阴极转化成膜可以对AZ91D镁合金起到理想的防护作用.     

组织细化对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响

镁合金在含电解质水溶液中较差的耐腐蚀性能极大地限制了其工程应用。该文以开发一种有效改进镁合金耐蚀性能的加工工艺为目的,采用搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)对铸态AZ91镁合金的耐蚀性进行改性处理,并分析了微观组织细化对镁合金耐蚀性的影响规律。通过电化学实验分析发现,加工处理后镁合金在质量分数3.5%的NaCl水溶液中的极化阻抗Rp提高了约1倍。微观组织分析结果表明是因为镁合金中的第二相β-Mg_(17)Al_(12)的形态和分布的改变影响了镁合金的腐蚀过程。一方面,细化的阴极相β-Mg_(17)Al_(12)增大了阳极与阴极的面积比,弱化了镁合金中严重的电偶腐蚀倾向。另一方面,大量细小的第二相β-Mg_(17)Al_(12)在腐蚀过程中再沉积在镁合金的表面形成保护层,显著抑制了α-Mg基体的腐蚀扩展。     

镁合金的微弧氧化：轻量化材料评述

轻量化材料镁合金能够显著降低电动汽车整备重量、从而延长行驶里程并减少碳排放,应用前景十分广泛。镁合金的活性高,需采取表面处理技术使其表面不被腐蚀。微弧氧化是一种通过多参数联合控制的湿法表面处理来提升镁合金试件表层耐蚀性的工艺过程,通过这种工艺,试件的表面原位生成陶瓷保护膜。电压脉冲方式、电流密度、频率和占空比等电参数和电解液特性均影响镁合金表面陶瓷膜层的结构。镁合金材料微弧氧化工艺具有清洗和前处理工艺简单、对电解液组分和环境温度不敏感、可以分段实施等优点。现阶段缺点为配套设施不完善,氧化电压和系统能耗较高,电解液温度没有冷却和热交换设备来进行有效控制。陶瓷膜生长的机理研究也需要进一步阐明。     

超声表面滚压协同提高铸态AZ91镁合金的力学和腐蚀性能

镁合金具有低密度、高比强度等优势,是轻量化应用的优异结构材料。然而,相对于已经大规模工业应用的钢铁、钛合金和铝合金,镁合金铸件易腐蚀、绝对强度低、室温塑性差,成为限制其工业化应用的瓶颈。本文旨在采用超声表面滚压对铸态AZ91镁合金进行表面纳米化处理,以提高其力学性能和耐腐蚀性能。结果表明超声表面滚压在铸态AZ91镁合金表面制备出梯度纳米结构和光滑表面（Ra 0.036 μm）。超声表面滚压使得AZ91铸态镁合金样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了55%和50%,表面硬度提高了24%,而断裂延伸率没有显著下降。超声表面滚压的AZ91镁合金样品在3.5wt% NaCl水溶液中具有良好的耐腐蚀性。与未处理样品相比较,浸泡1 h后超声表面滚压处理样品的腐蚀电流密度降低63%,浸泡24 h后腐蚀电流密度降低25%。强度和硬度的提高主要来源于梯度纳米结构,而腐蚀性能的提高主要源于表面纳米结构、光滑表面和残余压应力。     

编者按:结构与功能镁合金专刊

       镁合金有诸多优良性能如高比强度，良好的铸造性能及阻尼性能， 作为轻量化结构材料在交通运输业及航空业有广泛的应用前景。为了拓宽镁合金的应用前景，过去在如何进一步提高镁合金的高温性能和如何进一步改善镁合金的室温塑性与成型性方面进行了大量的研究。镁合金除了在结构方面的应用外，它们也可被开发为功能材料应用于相关领域。基于镁合金自身的腐蚀特点、良好的生物相容性与人体骨骼相近的弹性模量，其被研究开发为可降解医用材料应用于体内。除医疗方面的功能性应用外，镁合金在作为电池阳极材料和储氢材料方面也表现出巨大的潜在应用前景。       遗憾的是镁合金还存在几个方面的应用瓶颈，如室温塑性及成型差、形变不对称性、强度低。作为潜在医疗植入降解材料，其降解速度又过快。为了解决这些问题， 促进镁合金的广泛应用， 开发高性能镁合金结构材料及其功能材料已成为当前材料科学、生物科学及能源领域的研究热点。       因此，为了解镁合金开发及其应用方面的最新进展及考虑到进一步拓宽镁合金应用的重要性，我们推出了就镁合金开发、加工工艺、合金的表面处理、及作为储氢材料的专刊。本专刊共收录了17篇论文，包括1篇镁合金表面处理综述及16篇研究论文。希望通过本专刊收录的论文能够帮助相关研究人员对镁合金作为结构材料及功能材料的研究进展方面有综合全面的了解。     

镁合金疲劳研究现状及展望

对镁合金疲劳研究的现状进行了总结,包括镁合金的低周疲劳行为、高周疲劳行为、腐蚀环境下的疲劳行为以及镁合金疲劳寿命的预测方法,并归纳了镁合金疲劳性能强化的主要方法,包括添加稀土元素、热处理、表面处理等;在此基础上,对镁合金疲劳研究的不足进行了分析,并对镁合金疲劳研究的发展方向进行了展望。     

AZ91D镁合金在不同电解液体系中的微弧氧化行为

在3种不同电解液体系中,对AZ91D镁合金表面分别进行微弧氧化处理而得到氧化物陶瓷膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对其表面形貌和相组成进行分析,利用划痕仪测试氧化膜与镁合金基底的结合强度,并用电化学工作站分析氧化膜在模拟人体体液中的腐蚀性能.结果表明:在不同电解液体系中所获氧化膜的表面结构和组成不同;随着氧化时间的延长,微弧氧化涂层与基底的结合力先逐渐增加而后趋缓;微弧氧化处理可明显提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能.     

西沙严酷海洋大气环境下AZ31镁合金的长周期腐蚀行为

通过现场暴露实验,研究了AZ31镁合金在西沙海洋大气环境下暴露4 a的长周期腐蚀行为.利用扫描电镜观察表面、截面的腐蚀产物以及去除腐蚀产物后的腐蚀形貌,并用能谱分析及X射线衍射仪对腐蚀产物的元素含量及相组成进行分析.研究结果表明,AZ31镁合金在西沙海洋大气环境下发生了较为严重的腐蚀,4 a内的平均腐蚀速度为11.95μm·a-1.Cl-和CO2在镁合金的腐蚀过程中起着至关重要的作用.吸附液膜中的Cl-主要破坏镁合金的保护膜,使镁合金发生阳极溶解;而CO2则会中和阴极反应产生的碱性离子并与Mg(OH)2发生反应生成含不同结晶水的Mg5(CO3)4(OH)2·xH2O表层腐蚀产物.由于表层腐蚀产物阻挡了CO2和Cl-向镁合金表面的传输,靠近基体处的腐蚀产物主要为Mg(OH)2.     

镁合金腐蚀的负差数效应

分析了极化时镁合金表面腐蚀电偶对阳极行为.极化使镁合金腐蚀电对阴极(Mg17Al12)相阳极化是镁合金产生负差数效应的原因.阳极化结果是原阴极β(Mg17Al12)相表面Mg发生溶解,增高了β相表面Al含量,提高了β相的腐蚀电位;上述两种作用增大了Mg的溶出量,导致负差数效应.     

医用可降解镁合金表面磷酸盐涂层研究进展

综述了医用镁合金表面磷酸盐涂层的制备工艺和特点,主要介绍了医用镁合金表面几种Ca-P(包括二水磷酸氢钙、磷酸三钙和羟基磷灰石)转化涂层及其(F、Sr和Ce)元素掺杂涂层的腐蚀性能和生物学特性,并简要提出了医用可降解镁合金表面磷酸盐转化膜工艺涉及的环境、工艺稳定性问题和研发策略。     

氯离子对AZ91镁合金微生物腐蚀的影响

摘 要：本文研究了Cl-对AZ91镁合金微生物腐蚀的影响。硫酸盐还原菌(SRB)在镁合金表面形成生物膜,能够对Cl-穿透生物膜到达金属表面起到阻挡作用。随着Cl- 浓度的增加,镁合金在含菌培养基中的平均腐蚀速度逐渐增加,腐蚀电位逐渐降低。当含菌培养基中的Cl-浓度小于1.5g/l时,Cl-对镁合金微生物腐蚀的影响不大;当Cl-浓度大于1.5g/l时,微生物生物膜的存在显著地降低了镁合金对Cl-的腐蚀敏感性。     

AZ91D镁合金在NaCl溶液中的电化学噪声现象

利用电化学噪声技术研究AZ91D镁合金的腐蚀过程,探讨Cl-浓度对AZ91D镁合金电化学噪声的影响.首先使用电化学工作站对有效噪声数据进行采集,然后对电化学噪声数据进行时域、频域分析,由此演化出电化学噪声特征参数,最终建立了电化学噪声与AZ91D镁合金腐蚀过程的联系.同时使用扫描电子显微镜观察了AZ91D镁合金出现电化学噪声时的表面形貌.实验结果表明,在含Cl-溶液中,AZ91D镁合金在一定时间内均出现不同程度的电化学噪声现象,同时,随着Cl-浓度增加,AZ91D表面伴随着点腐蚀.     

ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷形成机理分析

目的 为探究 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷产生的原因及其形成机理。 方法 通过扫描电子显微镜( SEM) 对未经机加工和经机加工后的 ZM6 铸造镁合金表面不同形态的斑点缺陷进行形貌分析,并结合能量色散 X 射线 谱(EDS)对斑点缺陷的化学成分进行检测,最后耦合合金铸态组织和力学性能进行综合分析。 结果 未经机加工的 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷呈深黑色,而经机加工后的 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷呈白色,且部分白色斑点 中心有一小块黑色区域。 不过未经机加工和经机加工后的 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷都呈现龟裂状、其与基 体的过渡界面处均未发现任何空隙存在,且其主要成分均为 Mg 的氧化物或氢氧化物、同时含有 Cl、K 等由溶剂引 入的杂质元素,但未经机加工的 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷中 Cl 元素的含量相对较高,而经机加工后的 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷中 K 元素的含量相对较高。 值得指出的是,经机加工后的 ZM6 铸造镁合金表面白色斑 点中黑色区域存在微小气孔。 结论 ZM6 铸造镁合金表面斑点缺陷的产生是由 Mg 的化学腐蚀及电偶腐蚀造成的, 而不是由氧化夹杂造成的。 因此,通过加强 ZM6 铸造镁合金精炼效果以获得化学成分均匀的熔体是获得高质量 构件的有效途径。     

AZ40镁合金的腐蚀图像识别及腐蚀行为分析

应用计算机图像识别技术研究了AZ40镁合金在模拟海水介质中的腐蚀行为。采用中值滤波、直方图均衡化方法对腐蚀图像进行预处理,通过数学形态学分析和小波分析提取了3个腐蚀图像特征参数：灰度分布方差、二值图像前景面积和能量特征参数用于全面、准确地描述镁合金的腐蚀行为。研究结果表明：腐蚀介质破坏镁合金表面自然氧化膜使腐蚀阻力减小;腐蚀由局部腐蚀开始快速扩展至全部区域;腐蚀产物堆积较慢,短时间不能为合金提供有效的保护,但随着较长时间的堆积则可增大腐蚀阻力,对合金产生一定的保护作用。