AZ系镁合金在模拟海水介质中的腐蚀行为

论文摘要

镁合金由于具有比重小,比刚度大,铸造性能、机械加工性能和阻尼性能好及易于回收等优良特性,被广泛用于汽车、机械、电子、航天航空等领域。然而,镁及其合金的耐腐蚀性能很差,使它的应用受到很大限制。因此,研究镁合金腐蚀行为,探讨镁合金腐蚀机理,对于推动镁合金的应用,促进镁合金产业的发展具有重要意义。本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱、自腐蚀电位-时间曲线、电化学阻抗谱、极化曲线等方法研究了模拟海水介质中三种铸态AZ系镁合金——AZ31、AZ40、AZ61的微观组织及成分、腐蚀电化学行为,在此基础上讨论了腐蚀机理。结果表明:AZ31和AZ40两种铸态镁合金在模拟海水介质中的耐蚀性能很差;它们的腐蚀均从局部区域开始,以点蚀为主要特征在合金表面快速扩展;由于Mg（OH）2等腐蚀产物存在较多缝隙、孔洞等缺陷,且分布不均匀,不能有效阻止腐蚀的发展,致使镁合金表面在较短时间内就被严重破坏。AZ61铸态镁合金在模拟海水介质中的耐蚀性能优于AZ31和AZ40镁合金,其腐蚀形式主要为点蚀,但点蚀的扩展速度较慢。三种铸态镁合金在耐蚀性能方面的差异主要是由于合金中Al元素含量的不同引起的合金微观组织的不同而造成的,三种合金中Al含量从高到低的顺序为AZ61>AZ40>AZ31,Al含量较高使合金的微观组织结构更有利于耐蚀性能的提高。本文还采用多种方法考察了轧制处理对AZ61镁合金微观组织及腐蚀行为的影响。结果表明:铸态AZ61镁合金经轧制处理后,合金表面、侧面和截面的晶粒都得到不同程度的细化;表面及侧面的晶粒细小、均匀,而截面的晶粒大小悬殊不一,并有少量的孪晶组织出现;在侧面和截面的微观组织中出现了因为轧制处理而形成的带状组织。轧制处理后AZ61镁合金表面、侧面和截面在模拟海水介质中的腐蚀均以点蚀为主要特征,它们的腐蚀倾向由小到大的顺序为:表面〈侧面〈截面,耐蚀性能由优到劣的顺序为:表面〉侧面〉截面。造成三个面腐蚀行为及耐蚀性能差异的根本原因是轧制处理使三个面的微观组织产生了较大差异。另外,本文利用原子力显微镜（AFM）研究了模拟海水介质中轧制AZ系镁合金——AZ31、AZ40、AZ61表面微观组织的腐蚀萌生及发展过程。结果表明,AZ31镁合金腐蚀的发生从晶界处开始,然后从晶界处向四周扩展,从而使晶粒的表面和侧面分别遭到不同程度的腐蚀;AZ40镁合金与AZ31镁合金在腐蚀初期所发生的变化非常相似,而在随后的浸泡过程中,AZ40镁合金部分区域的晶界处出现蚀坑;AZ61镁合金在浸泡的最初阶段没有发生明显的腐蚀变化,在随后的浸泡过程中,腐蚀首先从第二相析出物周围开始,致使第二相周围的α-基相遭到较为严重的腐蚀破坏;同时,晶界处也发生了腐蚀,并向四周扩展,使晶粒的表面和侧面分别遭到不同程度的破坏。三种镁合金微观组织的的腐蚀萌生及发展过程决定了合金的宏观腐蚀行为。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 镁合金腐蚀的研究现状
• 1.1.1 镁合金腐蚀的机理
• 1.1.2 镁合金腐蚀的影响因素
• 1.1.3 镁合金研究的电化学方法
• 1.1.4 镁合金腐蚀研究中存在的问题
• 1.2 本文的研究目的及主要研究内容
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 主要研究内容
• 2 实验材料与研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 主要试剂与仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 电化学研究方法
• 2.3.2 试样的表征
• 3 AZ 系铸态镁合金的腐蚀行为
• 3.1 铸态AZ31 镁合金的腐蚀行为
• 3.1.1 微观组织
• 3.1.2 腐蚀形貌
• 3.1.3 腐蚀电化学行为
• 3.1.4 分析与讨论
• 3.1.5 小结
• 3.2 铸态AZ40 镁合金的腐蚀行为
• 3.2.1 微观组织
• 3.2.2 腐蚀形貌
• 3.2.3 腐蚀电化学行为
• 3.2.4 分析与讨论
• 3.2.5 小结
• 3.3 铸态AZ61 镁合金的腐蚀行为
• 3.3.1 微观组织
• 3.3.2 腐蚀形貌
• 3.3.3 腐蚀电化学行为
• 3.3.4 分析与讨论
• 3.3.5 小结
• 3.4 微观组织与耐蚀性能的相关性讨论
• 3.5 结论
• 4 轧制处理对AZ61 镁合金腐蚀行为的影响
• 4.1 轧制处理对微观组织的影响
• 4.1.1 光学显微镜观察
• 4.1.2 扫描电镜观察及能谱分析
• 4.2 轧制处理对腐蚀行为的影响
• 4.2.1 腐蚀形貌
• 4.2.2 自腐蚀电位-时间曲线
• 4.2.3 Tafel 极化曲线
• 4.2.4 电化学阻抗谱
• 4.3 轧制处理的影响讨论
• 4.4 小结
• 5 轧制AZ 系镁合金表面微观组织的腐蚀萌生及发展
• 5.1 轧制AZ31 镁合金表面微观组织的腐蚀萌生及发展
• 5.2 轧制AZ40 镁合金表面微观组织的腐蚀萌生及发展
• 5.3 轧制AZ61 镁合金表面微观组织的腐蚀萌生及发展
• 5.4 微观组织的腐蚀萌生、发展与合金宏观腐蚀行为的关联
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文