合金元素釔對鎂合金腐蝕性能研究

摘要：以Mg-Mn-Y鎂合金作為材料，著重研究了Mg-Mn-Y系合金中Y的內在因素和提高該系合金的耐腐蝕性措施。采用金相顯微鏡、XRD、鹽霧試驗、極化曲線和掃描電鏡，研究了主要合金元素釔對Mg-Mn-Y合金腐蝕性能的影響。

關鍵詞：合金元素釔；Mg-Mn-Y合金；顯微組織

鎂合金具有許多優良的特性，在航空航天、汽車工業以及電子電器等方面有著廣闊的應用前景。但由于長期以來鎂合金的冶煉成本較高，強度、抗氧化和耐腐蝕能力較差，難以滿足一些結構領域方面的要求。[1]—[2]本文正是基于此種考慮，試圖開發或改善出一種在均具有良好耐蝕性的鎂合金材料。

1.試驗材料及方法

試驗用原材料為高純Mg（99.9%）、Mn（99.9%）和鎂釹中間合金及鎂釔中間合金。采用合金的擠壓成型工藝。

2.試驗結果與討論

2.1.焊接接頭顯微組織分析

Y對擠壓態Mg-Mn-Y系鎂合金組織的影響：可見擠壓后的組織形貌中晶粒都成細長形狀，并且均勻。對比于鑄態下的金相組織可以看出擠壓后的合金晶粒明顯細化，由于在熱擠壓變形工藝過程中高的擠壓溫度和變形量促使了再結晶晶粒的形成，對該系合金晶粒的細化作用非常明顯。也顯示了晶粒大小隨稀土含量的增加而逐漸變小的規律。這是由于形成的化合物的數量隨著稀土含量的增加而增加，變形過程中形成的化合物能有效的抑制位錯的運動和晶界的擴散。Mg-Mn-RE合金顯示了熱擠壓成形工藝明顯的強化、細化作用。合金擠壓后的金相組織照片，可以觀察到，可見隨著Y含量的增加，Mg-Mn-RE擠壓鎂合金的晶粒大小呈下降的趨勢。

2.2.焊接接頭的物相（XRD）分析

從圖中可見擠壓后的試樣表面層XRD圖譜中有相Mg、MgY 、Mn2Y。雖然Y的含量不同但是成分中都有Y的化合物。在XRD圖譜上大部分使基體相α-Mg。

2.3. 鹽霧試驗及腐蝕速率

NaCl溶液中腐蝕時間不同的鎂合金表面形成的腐蝕點的形貌特征相同，都是由縱橫交錯的連通的孔洞組成的蜂窩狀的腐蝕坑，存在的區別只是腐蝕的坑的大小和深淺的不同。結合腐蝕的宏觀圖片可知腐蝕的進行是有選擇性的，也就是說腐蝕的發生和發展在試樣表面的某些部位更為容易，然后向縱深兩個方向發展，最后形成縱橫交錯的，彼此互相連通的孔洞。鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕是電化學過程，電極電位很低的鎂作為腐蝕電池的陽極優先腐蝕，而合金中的其它元素則作為腐蝕的陰極；合金中的雜質對合金的腐蝕有很大影響；合金中的晶界，位錯、雜質的位置，具有較高能量，使其成為腐蝕的敏感部位。從電鏡圖片可以發現以共晶相中的Mg的腐蝕為主。Mg在中性溶液的這種腐蝕很輕微，所以在中性溶液中的腐蝕速率最低。Mg在中性溶液的這種腐蝕很輕微，所以在中性溶液中的腐蝕速率低。

2.4.極化曲線

鎂合金在溫度是室溫20℃時，在3.5%NaCl+ MgOH過飽和溶液，PH=10.59的溶液中，掃描速度為10mv/s的極化曲線。自腐蝕電位越右，腐蝕傾向越小，自腐蝕電流越大，腐蝕傾向越大，耐腐蝕性越差。

擠壓鎂合金在電化學腐蝕形貌隨浸泡時間的變化，經過腐蝕，擠壓鎂合金受到嚴重的腐蝕。在試樣表面，產生較大較深的腐蝕坑，同時也存在較淺的腐蝕區，試樣表面幾乎全部被腐蝕。

2.5. 鎂合金腐蝕的原因[3]

2.5.1.由于鎂合金電極電位低的緣故，當鎂及其合金與其它金屬接觸時，一般作為陽極發生電偶腐蝕。陰極可以是與鎂直接有外部接觸的異種金屬，也可以是鎂合金內部的第二相或雜質相。對于氫過電位較低的金屬，作為雜質在合金內部與鎂構成腐蝕微電池，導致鎂合金發生嚴重的電偶腐蝕。而那些具有較高氫過電位的金屬，對鎂合金的腐蝕作用相對較小。鎂合金基體與內部第二相形成的這種電偶腐蝕在宏觀上表現為全面腐蝕。

2.5.2.NaCl溶液中合金發生腐蝕的原因可能是由于晶界處存在位錯、雜質等，所以能量較高，是腐蝕的敏感部位，金屬表面的鈍化膜在這些位置也比較脆弱。NaCl溶液中的Cl一最容易破壞這些脆弱部位的鈍化膜，于此處首先發生腐蝕。當析出相沿晶界連續分布時，晶界便成為陽極活性通道，使腐蝕沿平行于表面的方向向金屬內部發展，隨著腐蝕時間的增加，腐蝕面積增加，腐蝕程度加重。

3.結論

3.1.稀土元素Y具有明顯的細化晶粒的作用。不論是鑄態合金或經過擠壓工藝處理的Mg-Mn-Y基合金，增加Y元素對合金的細化晶粒作用都非常明顯。對于Mg-Mn-Y擠壓合金，Y元素的增加使晶粒尺寸明顯減小，合金中化合物數量有增加的趨勢，化合物沿著擠壓方向分布。

3.2.從腐蝕速率得知，60h時不同Y的含量增加對Mg-Mn-Y鎂合金耐蝕性有很大提高。Y含量3.179%的腐蝕速率為V=2.96E-5。當Y的含量在1.351%時其耐腐蝕性能是最差的。

3.3.從極化曲線得知：自腐蝕電位越右，腐蝕傾向越小，自腐蝕電流越大，腐蝕傾向越大，耐腐蝕性越差。

參考文獻：

[1] 鄒宏輝，曾小勤。翟春泉等.鎂合金的強韌化進展[J].機械工程材料，2004，28（5）：123.

[2] 張高會，張平則。潘俊德.鎂及鎂合金的研究現狀與進展[J].世界科技研究與發展，2003，1：15-23

[3] 黎前虎，劉祖明。力勁集團鎂合金壓鑄技術（二）.金的表面處理[J].汽車工藝與材料，2003，（3）：5

作者簡介：

黃飛（1980- ）男，碩士研究生，東北電力大學工程訓練教學中心，助理實驗師。研究方向：材料加工