制备工艺和合金元素对镁合金腐蚀行为的影响及其自组装膜层的研究

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	制备工艺和合金元素对镁合金腐蚀行为的影响及其自组装膜层的研究
	刘贤斌
学位类型	博士
导师	韩恩厚
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料学
关键词	合金元素镁及其合金腐蚀行为制备工艺自组装膜
摘要	"镁合金因其轻质和高比强度等诸多优点而应用在航天、航空、汽车以及计算机通讯行业，但是由于镁合金的化学属性活泼、低耐蚀性、高应力腐蚀敏感性和低蠕变抗力严重限制了镁合金的应用和发展。镁合金的腐蚀一般为电化学腐蚀，决定其腐蚀过程主要有四个方面：基体阳极溶解反应、阴极析氢反应、表面膜层的形成和失效以及环境介质。研究镁合金的腐蚀行为特别是电化学腐蚀和相应的防护技术是提高镁合金耐蚀性的先决条件。本文主要研究制备工艺、合金元素存在方式和合金元素含量对镁合金腐蚀行为的影响机制以及阴极极化充氢和自组装膜层对镁合金的耐蚀性能的影响。纯镁是所有镁合金的基础。不同状态下纯镁的电化学实验结果表明晶粒度的改变对纯镁腐蚀行为的影响有赖于其腐蚀界面的晶粒取向和晶面活性。经过轧制和挤压变形的纯镁，晶粒细化导致晶界增多，腐蚀界面的晶面活性增加和阴极反应加速导致其耐蚀性能的降低和自腐蚀电位的升高。在镁中添加合金元素则依据制备工艺的差别和合金元素自身的溶解度的不同，合金元素以第二相或固溶于基体的方式存在，进而导致耐蚀性能的差异。对Mg-3Zn合金，固溶处理后的平均腐蚀速率为铸态样品的84%；而对Mg-11Gd-3Y合金，消失模铸造的平均腐蚀速率为金属型铸造的20%。研究热处理和浇注方式对镁合金的腐蚀行为影响的相关实验表明，适量增加镁合金基体中这些合金元素的含量会提高合金的耐蚀性能；而增加合金中的第二相含量则会增加合金的微电偶腐蚀效应，降低合金的耐蚀性能，且合金主要腐蚀失效方式为点蚀。在镁中添加合金元素锡，研究合金元素锡在镁合金中的存在状态对镁合金的腐蚀行为的影响。随着镁基体中含锡量不断增加，固溶到基体中的锡原子参与了表面膜层的形成，膜层主要是由MgO、SnO2和Mg(OH)2组成，合金的腐蚀失效形式主要为丝状腐蚀；随着镁基体中含锡下将，其多数锡元素以Mg2Sn相的方式存在，腐蚀的主要方式为点蚀，Mg2Sn相将加速腐蚀，Mg-7Sn合金在锡完全固溶时的平均腐蚀速率约为锡完全以Mg2Sn相存在的40%。通过正交实验研究了氢和氯离子对Mg-7Sn合金表面膜层耐蚀性能的交互影响。阴极极化充氢后的Mg-7Sn合金耐蚀性能的实验表明，将经540℃固溶处理的Mg-7Sn合金置入温度为30℃、pH=10的0.1mol/L NaCl溶液中，阴极极化充氢电流为12mA，充氢时间为50min，由SnO2、SnO、MgO和Mg(OH)Cl组成的阴极极化充氢形成膜层具有最好的耐蚀性能。镁合金的冶炼过程中通常会引入一些夹杂物。通过减少合金中的夹杂物，提升镁合金的洁净度，可提高镁合金抗腐蚀性能。Mg-Y合金经重熔静置处理之后，其耐蚀性能均有不同程度的提高。随着合金中钇含量升高，铸造Mg-Y合金的耐蚀性能呈下降趋势；而经过重熔静置处理，随着合金中钇含量升高,基体中的钇含量不断增加，合金中的杂质Fe的含量均降低，钇在晶界富集并连成网状，当钇含量为2.98wt.%时，这种网状结构可起到阻挡效应而提高合金的耐蚀性能，当合金中的钇含量进一步提高，微电偶腐蚀效应增强，进而降低合金的耐蚀性能。经固溶处理的重熔静置的Mg-4Y合金在0.1mol/L NaCl溶液中不同浸泡时间的实验结果表明，合金中的固溶钇可提高合金的耐蚀性，浸泡16-23h的表面膜层具有最佳的耐蚀性能。固溶处理的重熔静置后的Mg-4Y合金在3.5wt.% NaCl溶液浸泡48h后的表面膜层主要是由MgO、Y2O3和少量的Mg(OH)Cl组成。合金的耐蚀性能有赖于合金表面的膜层的保护性能。AM60B镁合金的自组装膜实验表明，随着组装温度的升高，自腐蚀电流先降后升；随着组装时间的延长，膜的耐蚀性能呈先升后降的趋势。对比纯镁和不同热处理状态的AM60B合金的组装实验，固溶于基体中的铝对组装成败具有决定性影响，不含铝元素的纯镁不能完成组装反应，增加固溶于基体中的铝含量可显著提高组装膜的耐蚀性能。AM60B镁合金的表面组装膜的红外和XPS分析表明，在油酸咪唑啉基的组装溶液中组装时，是以羟基为头基，以环为尾基，以固溶于AM60B镁合金基体中的铝为靶的进行组装的。"
其他摘要	Due to light density, high strength/weight radio and other excellent performances, magnesium alloys have been applied in aerospace industry, automobile industry and 3C industries. However, some attributes hinder the application and development of magnesium alloys, such as active chemistry properties, low corrosion resistance, high stress corrosion crack susceptibility and low creep resistance. Generally speaking, there are four parts which greatly influence the corrosion process, namely, the anodic dissolution reaction of matrix, the cathodic hydrogen deoxidation reaction, the formation and inactivation of surface overlay film and environment medium. It is a precondition for improving the corrosion resistance of magnesium alloys to investigate the corrosion behavior of magnesium in aqueous solution, especially, electrochemistry corrosion and corresponding protection techniques. In this study, the influences of preparation technology, alloying elements and their existence mode and the content of alloying elements on the corrosion behaviors of magnesium alloys as well as cathodic charging and self-assembled monolayers on the corrosion resistance of magnesium alloy were investigated.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64290
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	刘贤斌. 制备工艺和合金元素对镁合金腐蚀行为的影响及其自组装膜层的研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.