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(nèi)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(guān)鍵詞：合金元素釔；Mg-Mn-Y合金；顯微組織

鎂合金具有許多優(yōu)良的特性，在航空航天、汽車工業(yè)以及電子電器等方面有著廣闊的應(yīng)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(jié)構(gòu)領(lǐng)域方面的要求。[1]—[2]本文正是基于此種考慮，試圖開發(fā)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(jié)果與討論

2.1.焊接接頭顯微組織分析

Y對擠壓態(tài)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(xì)長形狀，并且均勻。對比于鑄態(tài)下的金相組織可以看出擠壓后的合金晶粒明顯細(xì)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(jié)晶晶粒的形成，對該系合金晶粒的細(xì)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(guī)律。這是由于形成的化合物的數(shù)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(xì)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(qū)別只是腐蝕的坑的大小和深淺的不同。結(jié)合腐蝕的宏觀圖片可知腐蝕的進(jìn)行是有選擇性的，也就是說腐蝕的發(fā)生和發(fā)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(fā)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(xué)過程，電極電位很低的鎂作為腐蝕電池的陽極優(yōu)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(zhì)對合金的腐蝕有很大影響；合金中的晶界，位錯、雜質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(xué)腐蝕形貌隨浸泡時間的變化，經(jīng)過腐蝕，擠壓鎂合金受到嚴(yán)重的腐蝕。在試樣表面，產(chǎn)生較大較深的腐蝕坑，同時也存在較淺的腐蝕區(qū)，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(dāng)鎂及其合金與其它金屬接觸時，一般作為陽極發(fā)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(nèi)部的第二相或雜質(zhì)相。對于氫過電位較低的金屬，作為雜質(zhì)在合金內(nèi)部與鎂構(gòu)成腐蝕微電池，導(dǎo)致鎂合金發(fā)生嚴(yán)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(nèi)部第二相形成的這種電偶腐蝕在宏觀上表現(xiàn)為全面腐蝕。

2.5.2.NaCl溶液中合金發(fā)生腐蝕的原因可能是由于晶界處存在位錯、雜質(zhì)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(fā)生腐蝕。當(dāng)析出相沿晶界連續(xù)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(nèi)部發(fā)展，隨著腐蝕時間的增加，腐蝕面積增加，腐蝕程度加重。

3.結(jié)論

3.1.稀土元素Y具有明顯的細(xì)化晶粒的作用。不論是鑄態(tài)合金或經(jīng)過擠壓工藝處理的Mg-Mn-Y基合金，增加Y元素對合金的細(xì)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(shù)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(dāng)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(xiàn)：

[1] 鄒宏輝，曾小勤。翟春泉等.鎂合金的強韌化進(jìn)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(xiàn)狀與進(jìn)展[J].世界科技研究與發(fā)展，2003，1：15-23

[3] 黎前虎，劉祖明。力勁集團(tuán)鎂合金壓鑄技術(shù)（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(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)中心，助理實驗師。研究方向：材料加工