镁合金腐蚀与防护

1、镁合金的腐蚀与防护镁合金的腐蚀与防护目 录前言镁合金的镁合金的特点特点及存在的及存在的一些一些问题问题镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金的防护技术镁合金的防护技术总结与展望前言 镁合金以质轻、结构性能优异、以及易于回收等众多优点成为装备制造业轻量化发展的首选材料; 而且无论在储量、特性、应用范围、循环利用、以及节能环保等方面和钢铁相比，均具有非常明显的优势。全球镁合金用量将以每年20%的幅度快速增长,大规模开发和利用的时代已经到来，它必将成为未来产业革命可持续开发资源的核心。镁合金的简介及存在的一些问题 镁在元素周期表中属IIA族主族元素,原子序数12,原子量为24.305

2、。镁是工程材料中最轻的金属材料,密度为1.749/cm3,仅为铝的2/3,铁的1/4。镁合金的弹性模量很低,约为45000MPa,因此消震性好,能承受比铝合金大的冲击载荷,适于做承受剧烈振动的零件,如飞机的降落轮等。 镁的平衡电位为-2.34V,比铝的电位还负，镁的氧化膜一般都疏松多孔。 故镁及镁合金耐蚀性较差,具有极高的化学和电化学活性。其电化学腐蚀过程主要以析氢为主,以点蚀或全面腐蚀形式迅速溶解直至粉化。镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金腐蚀机理及影响因素 在腐蚀性介质中 , 化学活性很高的镁基体很容易与合金元素和杂质元素形成腐蚀电池。此外, 镁合金的自然腐蚀产物疏松、多孔, 保护能力差，导致

3、镁合金的腐蚀反应可以持续发展。镁合金的腐蚀反应与纯镁的腐蚀反应类似 , 主要发生以下4个反应：镁合金的腐蚀机理总腐蚀反应: Mg + 2H2O = Mg (OH)2 + H2 分步反应 : Mg = Mg2+ 2e- (阳极反应) 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- (阴极反应) Mg2+ 2OH-= Mg(OH)2 (生成腐蚀产物)镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金腐蚀机理及影响因素 pH为311.5时镁的电位很低，基本保持在1.4V的水平上;pH3 时,镁的电位急剧降低，腐蚀速率急剧加快;当 pH 11.5时,镁的电位升高,腐蚀速率显著减慢。PHPH值值对镁合金腐蚀的对镁合金腐蚀的影

4、响影响a.腐蚀速率与pH值的关系曲线b.电位与pH值的关系曲线镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金腐蚀机理及影响因素 镁在大气中腐蚀的阴极过程与在溶液中不同,主要是氧的去极化,杂质对镁的危害性较低。纯镁在大气中的耐蚀性取决于大气的湿度及污染程度，其腐蚀速度随湿度的增大而增加,当湿度超过90%时,腐蚀速度将显著增加;当大气受到污染 ,含有硫化物和氯化物等杂质时,镁的腐蚀速度加快。介质对镁合金腐蚀的介质对镁合金腐蚀的影响影响镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金腐蚀机理及影响因素 Fe、Ni、Cu等对镁合金的耐蚀性有显著影响。Ni、Cu在固态镁中溶解度极小,常与镁形成Mg2Ni、Mg2Cu等金属间化合物,以网状

5、形式分布于晶界,降低镁的耐蚀性。而Fe是以金属Fe原子形式分布于晶界,降低镁的耐蚀性。对镁合金耐蚀性有中等影响的元素为Ag、Ca、Zn等,对耐蚀性影响较小的元素有Mn、Al等。稀土元素对镁合金耐蚀性的影响也很大，研究表明，表面浸涂了稀土盐涂层的纯镁试样在pH8.5的缓冲剂溶液中的腐蚀速率显著减缓。不同不同元素对镁合金电化元素对镁合金电化学腐蚀行为的影响学腐蚀行为的影响不同元素对镁合金腐蚀的影响镁合金腐蚀机理及影响因素镁合金腐蚀机理及影响因素 镁合金的化学成分和显微组织(孔隙率、晶粒尺寸及相的数量和分布)对其腐蚀行为影响很大。压铸镁合金表层的耐蚀性大概比内部高10%,其原因就在于压铸镁合金表层组

6、织致密,孔隙率低,且含有更多的连续分布在细晶粒周围的相。一般快速凝固和冷却可获得晶粒尺寸细小、相较多且分布较理想的显微组织，从而改善镁合金的耐蚀性。镁合金的组织形态对镁镁合金的组织形态对镁合金腐蚀行为的影响合金腐蚀行为的影响镁合金的防护技术 针对镁合金腐蚀的防护研究主要有：通过净化合金、改良组织结构等方法来改善合金本身的耐蚀性；隔绝镁合金与腐蚀介质直接接触。工业生产过程中多通过表面处理即隔绝镁合金与腐蚀介质直接接触的方法。表面处理过程的基本流程见图：化学转化涂层化学转化涂层法法镁合金的防护技术镁合金的防护技术 镁合金的化学转化涂层法就是通过化学处理在合金表面形成由氧化物或金属化合物构成的钝化膜

7、的处理工艺。而一般以铬酸盐转化膜的防蚀效果最好，通常采用铬酐或重铬酸盐。若采用铬酸钠和氟化镁，在镁合金表面生成铬盐及金属胶状物，这层膜起屏障作用，减缓了腐蚀，并有自我修复功能。镁合金的防护技术 有机物涂层是镁合金保护的一种常见方法，通常采用环氧树脂、乙烯树脂以及橡胶等材料。但是单独的有机物涂层耐蚀性能有限，结合力也较低，只能用来作为短时间的防护处理，或者在其它转化膜表面涂敷作为复合涂层。有机涂层法有机涂层法镁合金的防护技术 在镁合金的表面可以通过电镀、化学镀、热喷涂等方法获得金属涂层。其中应用最广的是化学镀 Ni-P，工艺简单，镀液中不含氰化物。由右图的极化曲线可以看出,镁合金化学镀Ni-P合

8、金后的腐蚀电位大幅变化,与基体相差约1.2 V,耐腐蚀性能有了明显提高。化学镀镍涂层化学镀镍涂层法法镁合金化学镀镍前、后的极化曲线镁合金的防护技术 气相沉积技术是近年来发展起来的新技术, 它能够制备出各种性能优异的耐磨耐蚀膜层,而且几乎不产生任何废弃物。大多数实验证明,利用气相沉积技术制备的膜层能够不同程度地提高镁合金整体的耐磨和耐蚀性能,有的还具有较好的装饰效果。气相沉积 气相沉积技术是通过气相材料或使材料汽化后沉积于固体材料表面并形成薄膜,从而使材料获得特殊表面性能的一种技术。一般分为物理气相沉积和化学气相沉积。物理气相沉积是通过采用各种物理方法,将固态的镀料转化为原子、分子或离子态的气相

9、物质后,再沉积于基体表面从而形成固体薄膜；化学气相沉积是将含有组成薄膜的一种或几种化合物气体导入反应室,使其在基体上通过化学反应生成所需要的薄膜。镁合金的防护技术 镁合金表面制备结合力好、均匀致密的铝锰合金镀层不仅可以单独作为防护层使用，而且可通过后续加工处理进一步转化为更加耐蚀耐磨及高硬度的膜层，以提高镁合金表面的综合性能。镁合金表面镀锰铝合金镁合金表面镀锰铝合金 电镀铝锰合金后镁合金的腐蚀电位也得到了很大的提高，这也会说明材料的腐蚀热力学稳定性得到了提高。镁合金的防护技术 阳极氧化是一种应用广泛的传统防腐表面处理方法,它是镁合金最基本也是应用很广的表面处理方法。镁的阳极氧化即在电解池中镁作

10、为阳极通电后在铝表面生成氧化膜。镁合金的阳极氧化既可以在碱性溶液(HAE法）中进行也可以在酸性溶液（DOW-17）中操作。阳极氧化处理阳极氧化处理镁合金的防护技术 微弧氧化膜致密化是一种通过将工作电压引入到几百伏的高压放电区，导致材料表面原位生长一层陶瓷结构的氧化膜的方法。该法处理简单,效率高，无污染,对形状复杂的工件以及受限通道都可以形成均匀的膜层。而且尺寸形变小、耐蚀性良好。该技术已成为国际材料科学研究的热点之一。其一般分为外层、内层和过渡层。外层较疏松，内层较致密。从右图也可以看出其微弧氧化过程中逐渐形成分层。微弧氧化膜致密化微弧氧化膜致密化镁合金微弧氧化不同时期的表面形貌镁合金的防护技

11、术镁合金的防护技术其它的表面处理方法其它的表面处理方法 激光表面处理和渗氮也能使镁合金表面改性，提高耐磨性能。把镁合金试样表面用激光熔化，同时用惰性气体喷入TiC和 SiC粉或者过共晶和AlSi合金粉,都可以在试样表面得到硬质点均匀分布的硬化层,从而提高试样的耐磨性能。镁合金激光表面处理总结与展望 我国是一个镁资源大国，可是我国的镁主要用于出口，附加值低。要想改变我国镁工业的现状，必须打破镁合金应用中的瓶颈，即解决镁合金耐腐蚀性差的问题。当今对现有镁合金进行防护方法和工艺优化研究外还可以在以下方面开展工作：开发新型镁合金，利用计算材料科学的方法“设计”新型镁合金；寻找新的元素添加到合金中，使杂