镁合金的腐蚀机理分析
镁合金系列-镁合金腐蚀相关问题(内嵌swf在浏览器中可能无法显示)
3、镁合金电化学保护的难点
首先必须明确一个概念： 处于电解质中的电极，其表面会同时发生 阴极过程和阳极过程。 阴极过程：还原反应 阳极过程：氧化反应
3、镁合金电化学保护的难点
如果要对未知物理量进行测量，需要人为的输入 一些信息，前提是该系统对这个信息会作出响应。 比如：测量晶体结构，我们就需要向样品输入X射 线，样品对X射线产生衍射，通过对衍射的X射线 进行分析，就可以得到晶体结构方面的信息。 如何向未知电极输入信号呢？
1、金属腐蚀原理
节目预告：
不同原子有不同原子能级，所以 各物质中，电子具有的电势能是 不同的。 不同轨道上也有不同的电势能。 电位。 同一物质，电极反应不同，涉及 我们会发现，很多牛X的现象（比如光催化）都能从 到的原子轨道不同，也也不同的 能带的角度进行解读。 电极电位。
就算是同一原子中的电子，处于 鄙人可能会在下学期开设一门《材料物理》
3、镁合金电化学保护的难点
r
A K
高阻电压表
V
参比电极
极化曲线测量
3、镁合金电化学保护的难点
Cu Zn
对于人用的电池来说， 电子从负极流到正极。 所以我们简单的理解为 正极是Cu。负极是Zn。
Zn
Cu
对于原电池来说，发生 氧化反应的是阳极，也 就是Zn，而另外一边 是Cu
3、镁合金电化学保护的难点
SCC在石油、化工、航空、原子能行业中都受 到广泛重视，如发动机厂中的汽轮机叶片、钢 结构桥梁、输气输油管道、飞机零部件。 1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之 间的俄亥俄大桥突然倒塌，死46人。事故调查 结果就是因为应力+大气中微H2S导致钢梁产生 应力腐蚀所致。
5、应力腐蚀
应力腐蚀概述
镁合金腐蚀与防护
镁合金的防护技术
针对镁合金腐蚀的防护研究主要有：①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；②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：
化学转化涂层法
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。
镁合金表面镀锰铝合金
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。
镁合金的防护技术
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。
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)
PH值对镁合金腐蚀的 影响
镁合金腐蚀机理及影响因素
pH为3～11.5时镁的电位很低，基本 保持在－1.4V的水平上;pH＜3 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。
镁合金的防护技术
有机涂层法
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。
镁合金电偶腐蚀
镁合金电偶腐蚀
在众多的合金材料中，镁合金以轻质、高强度的特性，广泛应用于航空、汽车和3C产品等领域。
然而，镁合金的腐蚀敏感性高，尤其是电偶腐蚀，这在一定程度上限制了其应用范围。
本文将深入探讨镁合金电偶腐蚀的机制、影响以及应对策略。
一、镁合金电偶腐蚀的机制
电偶腐蚀是一种由于不同金属在电解质溶液中形成原电池而引起的腐蚀。
在镁合金与其他金属的组合使用中，由于电位差异，会产生微电流，加速了电偶对中较活泼金属的腐蚀。
其机制主要包括电化学不均一性和接触电偶作用。
二、镁合金电偶腐蚀的影响
镁合金的电偶腐蚀不仅影响其本身的耐蚀性，还会对与之接触的其他金属产生影响。
例如，在汽车制造中，镁合金与钢铁的组合使用可能会加速钢铁的腐蚀，导致汽车的安全性能和使用寿命受到影响。
三、应对镁合金电偶腐蚀的策略
为了降低镁合金的电偶腐蚀，可以从材料选择、表面处理和优化结构设计等方面着手。
首先，选择具有较低电位差的金属与之搭配使用。
其次，对镁合金进行表面涂层处理或阳极氧化处理，以提高其耐蚀性。
最后，优化结构设计，减少不同金属的直接接触，从而降低电偶腐蚀的风险。
总结：镁合金作为一种具有优异性能的材料，其应用前景广阔。
然而，电偶腐蚀问题限制了其广泛应用。
通过深入了解镁合金电偶腐蚀的机制和影响，我们可以采取有效的应对策略，降低其腐蚀风险，进一步拓展镁合金的应用领域。
镁合金在盐雾环境中腐蚀行为研究
镁合金在盐雾环境中腐蚀行为研究随着工业化的发展，镁合金作为一种轻量化材料在各个领域中得到广泛应用。
然而，镁合金在特定环境下的腐蚀问题却成为制约其应用的一个重要因素。
尤其是在盐雾环境中，镁合金的腐蚀行为更加显著。
因此，对镁合金在盐雾环境中的腐蚀行为进行研究具有重要的理论和实际意义。
一、盐雾环境对镁合金腐蚀的影响1. 盐雾环境的特点盐雾环境主要是指海洋、沿海地区和工业生产中可能存在的含氯污染环境。
这种环境下，水中的氯离子能够加速镁合金的腐蚀过程。
2. 盐雾环境对镁合金腐蚀的影响在盐雾环境中，镁合金表面形成的保护层会被破坏，暴露出内部的镁基体，加速了镁合金的腐蚀速度。
此外，盐雾环境中的氯离子还可以与镁合金表面的氧化层反应产生更稳定的氯化镁，进一步加剧了腐蚀过程。
二、镁合金在盐雾环境中的腐蚀行为研究方法1. 腐蚀速率测定法通过将镁合金置于盐雾环境中，可以测定出单位时间内镁合金的腐蚀速率，从而评估其在盐雾环境下的耐蚀性能。
常用的腐蚀速率测定方法有失重法、电化学方法等。
2. 表面形貌观察法通过扫描电子显微镜等仪器，观察镁合金在盐雾环境中的表面形貌变化，可以揭示出腐蚀过程中形成的坑洞、孔洞等细微结构变化。
三、盐雾环境中镁合金腐蚀行为的机理研究1. 电化学反应机理盐雾环境中的氯离子与镁合金表面的氧化层反应产生氯化镁，导致镁合金的腐蚀。
同时，氢氧化镁也会在腐蚀过程中产生，并通过电解质对镁合金的腐蚀速度起到一定的影响。
2. 腐蚀产物的形成机理在盐雾环境中，镁合金的腐蚀产物主要包括氧化物、氯化物等化合物。
研究这些腐蚀产物的形成机理，可以揭示腐蚀过程中镁合金表面产物的变化规律。
四、镁合金在盐雾环境中腐蚀行为的改善方法1. 表面处理技术通过表面处理，如阳极氧化、化学转化膜等方法，在镁合金表面形成一层保护膜，可以减缓镁合金在盐雾环境中的腐蚀速率。
2. 添加合金元素通过添加适量的合金元素，如锌、铝等，可以改善镁合金的耐盐雾腐蚀性能。
镁合金腐蚀和防护
镁合金微弧氧化不同步期旳表面形貌
其他旳表面处理措施
激光表面处理和渗氮也能使镁 合金表面改性，提升耐磨性能。把 镁合金试样表面用激光熔化，同步 用惰性气体喷入TiC和 SiC粉或者 过共晶和AlSi合金粉,都能够在试 样表面得到硬质点均匀分布旳硬化 层,从而提升试样旳耐磨性能。
镁合金旳防护技术
镁合金激光表面处理
不同元素对镁合金腐蚀旳影响
镁合金腐蚀机理及影响原因
镁合金旳组织形态对镁 合金腐蚀行为旳影响
镁合金旳化学成份和显微组织(孔隙率、晶粒尺寸及β相旳数量 和分布)对其腐蚀行为影响很大。压铸镁合金表层旳耐蚀性大约比内 部高10%,其原因就在于压铸镁合金表层组织致密,孔隙率低,且具有 更多旳连续分布在细α晶粒周围旳β相。一般迅速凝固和冷却可取 得晶粒尺寸细小、β相较多且分布较理想旳显微组织，从而改善镁 合金旳耐蚀性。
镁合金旳腐蚀与防护
目录
序言 镁合金旳特点及存在旳某些问题
镁合金腐蚀机理及影响原因 镁合金旳防护技术 总结与展望
序言
镁合金以质轻、构造性能优异、以及易于回收等众多优点成为装备制造 业轻量化发展旳首选材料; 而且不论在储量、特征、应用范围、循环利用、 以及节能环境保护等方面和钢铁相比，均具有非常明显旳优势。全球镁合金 用量将以每年20%旳幅度迅速增长,大规模开发和利用旳时代已经到来，它必 将成为将来产业革命可连续开发资源旳关键。
总结与展望
我国是一种镁资源大国，可是我国旳镁主要用于出口，附加值低。 要想变化我国镁工业旳现状，必须打破镁合金应用中旳瓶颈，即处理镁 合金耐腐蚀性差旳问题。当今对既有镁合金进行防护措施和工艺优化研 究外还能够在下列方面开展工作：①开发新型镁合金，利用计算材料科 学旳措施“设计”新型镁合金；②寻找新旳元素添加到合金中，使杂质 元素在镁合金中旳构造形态发生变化而成为有利元素；③开展腐蚀对镁 合金力学性能影响旳研究。
镁的腐蚀
镁的腐蚀镁是所有工业合金中化学活泼性最高的金属，标准电极电位为-2.37V。
在干燥的大气中，镁表面可以形成氧化物膜层，对基体有一定的保护作用。
但是镁的氧化膜层疏松多孔，其耐蚀性较差，因而呈现出较高的化学活性和电化学活性，尤其是在潮湿的环境中以及Cl-存在的条件下极易发生腐蚀。
镁在大气中腐蚀的阴极进程是氧的去极化，其腐蚀性主要取决于大气的湿度及污染程度。
一般地，潮湿的环境对镁的腐蚀，只有当同时存在腐蚀性颗粒的附着时才发生作用[2]。
如果大气清洁，湿度达到100%时，镁合金表面只有一些分散的腐蚀点。
但当大气污蚀、腐蚀性颗粒在镁合金表面构成阴极时，表面则迅速被腐蚀，而且环境硫化物、氯化物成份的存在将加速镁的腐蚀[3]。
镁合金由于电极电位低，当镁及其合金与其它金属接触时，一般作为阳极发生电偶腐蚀。
阴极可以是与镁直接有外部接触的异种金属，也可以是镁合金内部的第二相或杂质相。
对于氢过电位较低的金属如Fe、Ni、Cu等，作为杂质在合金内部与镁构成腐蚀微电池、导致镁合金发生严重的电偶腐蚀。
而那些具有较高氢过电位的金属，如Al、Zn、Cd等，对镁合金的腐蚀作用相对较小。
镁合金基体与内部第二相形成的电偶腐蚀在宏观上表现为全面腐蚀。
文献[4]研究了AZ91D合金在大气条件下与异种金属的接触腐蚀行为，发现中碳钢和SUS304不锈钢与镁接触其电偶腐蚀，而经阳极氧化的铝合金与镁接触则镁合金的腐蚀效应下降[4]。
镁是自钝化金属，当暴露于含Cl-的非氧化性介质中，在自腐蚀电位下发生点蚀[5]。
将Mg-Al合金侵入Na Cl溶液中，经过一定的诱导期，产生点蚀。
点蚀的发生可能是由于沿Mg17Al12网状结构的选择性侵蚀造成的[2]。
Mg-Mn合金和Mg-Zn-Zr合金对应力腐蚀破裂不敏感，而Mg-Al-Zn合金具有应力腐蚀开裂倾向。
镁的应力腐蚀破裂既有穿晶的，也有晶间型的。
在pH值大于10.2的碱性介质中，镁合金非常耐应力腐蚀破裂，但在含Cl-的中性溶液中甚至在蒸馏水中，镁合金对应力腐蚀破裂非常敏感。
Mg-RE基稀土镁合金组织、性能与腐蚀机理研究
• 在铸态合金的阻抗图的低频部分会出现了 感抗弧,因此阻抗谱采用如图4.4所示的等效 电路,其中Rs为溶液电阻,Rt为电荷转移电 阻,CPE为恒相角元,Rf为膜电阻,Li为电感。 从表4.2可以看出,Mg-0.25Y合金的传递电 阻抗值最小,即合金的腐蚀膜层阻抗值最小, 腐蚀膜层的保护性不好,增加Y后,传递电阻 和腐蚀膜层阻抗都明显增大,表明合金腐蚀 膜层的阻抗值增大,从而提高了合金的耐蚀 性,但是当添加量超过5%时,传递电阻和腐 蚀膜层阻抗又开始减小,这说明,随着Y的过 量添加,合金的耐蚀性又降低。
Mg-RE基稀土镁合金组织、性能 与腐蚀机理研究
1.镁合金腐蚀类型
• 1.1 电偶腐蚀 • 1）宏观电偶腐蚀 电位差金属接触腐蚀 • 2）镁合金基体成分间电偶腐蚀
• 1.2 点蚀 • 通常发生在中性或碱性介质中，或者在含有氯离 子的非氧化性介质中，镁合金因产生自腐蚀电位 也容易发生点蚀。镁及镁合金在含有Cl¯的非氧化 性介质中，Cl¯与钝化膜中的Mg2+结合成可溶性氯 化镁，结果在新露出的基底金属的特定点上生成 活性的小蚀坑，钝化膜被破坏。在膜受到破坏的 地方，成为原电池的阳极，其余未被破坏的部分 为阴极，是形成钝化-活化电池。同时由形成大阴 极-小阳极型的原电池，阳极溶解速度很大，镁基 体很快发生点腐蚀，镁在其自然腐蚀电位下就会 发生点腐蚀。
• 4.5铸态Mg-Y合金的腐蚀形貌
• 从图中还可以看出,随着Y元素的增加,Mg(0.25,2.5,5, 8和15)Y合金的腐蚀形貌呈现 先耐蚀后加重腐蚀的现象,这与合金的微观 组织有关,在合金中加入一定量的Y时,合金 晶粒细化,有利于合金的耐蚀,当Y含量再增 加时,形成的腐蚀阴极过多而加重合金的腐 蚀,从图中可以看出,Mg-2.5 Y合金的耐蚀性 能最好。对Mg-(0.25和2.5)Y 二元合金,由于 Y元素完全固溶于α-Mg,合金只存在(α-Mg中. 对于金腐蚀面来说,每处的腐蚀电动势都儿 乎相同,因此Mg-(0.25和2.5)Y 二元合金的腐 蚀机制为均匀腐蚀。
镁合金腐蚀机制
• AZ91D镁合金在电解质溶液中发生的腐蚀,本质上 是微电偶腐蚀,被腐蚀相为α相和共晶α相,β相表面 发生析氢反应(图5-1)α相较少且不连续时,β相主要 起阴极电偶加速作用,β相分布连续和密集时,β相 的作用由阴极加速腐蚀的作用转为对腐蚀的阻挡 作用，由于Al是影响β相构成的决定性因素,故 AZ91D镁合金中的Al含量接近10%时,能够满足形 成连续分布的β相条件。
• 2）电偶腐蚀 • 镁具有低的标准电极电位（-2.34V）,当与阴极相 接触时，易发生电偶腐蚀。通常情况下，镁合金 内部析出的第二相会充当阴极角色，与合金中的 Mg 基相构成合金内部的微电池，使镁合金发生 电有效提 高镁合金的耐蚀性能.
发生析氢反应图51相较少且不连续时相主要起阴极电偶加速作用相分布连续和密集时相的作用由阴极加速腐蚀的作用转为对腐蚀的阻挡作用由于al是影响相构成的决定性因素故az91d镁合金中的al含量接近10时能够满足形成连续分布的相条件
PMC AZ91D合金的腐蚀过程
• Song在对 PMC AZ91D合金的腐蚀过程进 行详细研究后,提出以下腐蚀模型(图5-1、52),用来解释AZ91D镁合金腐蚀行为细节。
• 如果加工工艺适宜,例如采用快速冷凝工艺, 将使β相连续和密集分布在腐蚀过程中,当表 面基体相腐蚀后,由于分布密集连续的β相构 成腐蚀阻拦网,α相颗粒被隔离,使腐蚀不能 从一个α相品粒扩展到下一个α相晶粒,腐蚀 过程减慢。
镁及镁合金的主要腐蚀类型
• 1） 点腐蚀
• 点蚀破坏主要集中在镁合金表面的某些活性点上并向合金内部发展， 镁合金在含氯离子的溶液中的腐蚀以点蚀为主。氯离子半径较小，可 以穿透合金表面的钝化膜，氯离子吸附到钝化膜上与 Mg2+结合成可 溶性的氯化镁，使钝化膜遭到破坏。钝化膜受破坏的地方构成原电池 的阳极，其它未被破坏的地方构成原电池的阴极，形成钝化-活化电 池，使镁基体发生点腐蚀。并且腐蚀介质中氯离子含量越高，合金的 点蚀越严重M.Scepanovi 等研究了大量镁合金在不同浓度氯化钠溶液 中的腐蚀行为后发现，氯离子诱发镁合金发生点蚀的临界浓度范围为 0.002-0.02mol/L。而在血液和人体体液中均含有对镁合金腐蚀产生重 要影响的 Cl，镁合金产生的氧化膜会被氯离子侵蚀而发生如下反应：
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镁合金的腐蚀机理分析
镁合金由于其优异的性能，广泛应用于航空、汽车和电子等领域。
然而，镁合金在使用过程中容易受到腐蚀的侵蚀，从而影响其性能和
寿命。
因此，对镁合金的腐蚀机理进行深入分析对于改善其抗腐蚀性
能具有重要意义。
1. 镁合金的腐蚀类型
镁合金通常表现为均匀腐蚀和局部腐蚀两种类型。
均匀腐蚀是指整
个合金表面均匀受到腐蚀的过程，而局部腐蚀则是在某些特定区域发
生的腐蚀。
局部腐蚀又可以分为点蚀、缝蚀和孔蚀等形式。
2. 镁合金腐蚀的原因
镁合金容易受到腐蚀的主要原因是其电化学活性较高，处于电化学
电势序列中的负极位置。
在大多数环境中，镁合金处于不稳定的状态，容易与环境中的氧气、水和其他物质发生作用。
在水中，镁合金表面形成氢氧化镁，通过反应生成氢气并释放出氢
氧根离子，导致镁合金发生腐蚀。
在氯离子的存在下，镁合金容易发生局部腐蚀，形成点蚀、缝蚀或
孔蚀等。
氯离子会引发阴极和阳极反应，形成微观电池，在阳极区域
形成局部的酸性环境，进而加速镁合金的腐蚀。
3. 镁合金的腐蚀防护措施
为了改善镁合金的腐蚀性能，可以采取以下措施：
3.1 选择合适的合金元素
合金化是提高镁合金抗腐蚀性能的有效方法之一。
例如，通过添加锌、铝等元素，可以形成易被氧化的氧化膜，提高镁合金的耐腐蚀性。
3.2 表面处理
通过表面处理改变镁合金的表面性质，形成一层具有较好保护性能
的覆盖层，有效延缓腐蚀速率。
常用的表面处理方法包括阳极氧化、
电化学沉积、化学转化涂层等。
3.3 采用防腐涂层
通过在镁合金表面涂覆一层防腐涂层，可以隔绝镁合金与腐蚀介质
的接触，减缓腐蚀的发生。
常见的防腐涂层材料包括有机涂层、无机
涂层和复合涂层等。
3.4 增加保护层
在镁合金表面形成一层致密的保护层，可以有效避免环境气体和水
的侵蚀。
例如，通过电解沉积或化学浸渍等方法在镁合金表面生成有
机硅化合物，形成一层具有良好防护性能的保护层。
4. 结论
镁合金的腐蚀机理是一种复杂的电化学过程，受多种因素的影响。
了解镁合金的腐蚀机理对于制定有效的防腐措施具有重要意义。
通过
选择合适的合金元素、表面处理、采用防腐涂层和增加保护层等方法，可以大大提高镁合金的抗腐蚀性能，延长其使用寿命。
希望以上分析对镁合金的腐蚀机理和防护措施有所帮助。