简介概要

镁合金的大气腐蚀试验研究

来源期刊：稀有金属2004年第1期

论文作者：曹莉亚郑弃非

关键词：大气腐蚀; 镁合金; 暴露试验;

摘要：研究了镁锰合金在全国8个大气试验站暴露半年、一年的腐蚀行为, 得到了镁锰合金在我国自然环境下的腐蚀速率. 观察了腐蚀产物的形貌; 讨论了腐蚀速率与环境因素的关系. 结果表明: 镁合金腐蚀行为和大气的污染程度和相对湿度有关, 在大气污染严重和相对湿度大的地区, 镁合金腐蚀比较严重.

稀有金属 2004,(01),101-103 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2004.01.026

镁合金的大气腐蚀试验研究

曹莉亚

北京有色金属研究总院加工工程研究中心,北京有色金属研究总院加工工程研究中心北京100088 ,北京100088

摘要：

研究了镁锰合金在全国 8个大气试验站暴露半年、一年的腐蚀行为 , 得到了镁锰合金在我国自然环境下的腐蚀速率。观察了腐蚀产物的形貌 ;讨论了腐蚀速率与环境因素的关系。结果表明 :镁合金腐蚀行为和大气的污染程度和相对湿度有关 , 在大气污染严重和相对湿度大的地区 , 镁合金腐蚀比较严重

关键词：

大气腐蚀;镁合金;暴露试验;

中图分类号： TG174

收稿日期：2003-09-28

基金：国家科技部基础项目资助 ( 2 0 0 1DEA3 0 0 40 );

Atmospheric Corrosion of Magnesium Alloy

Abstract：

Atmospheric corrosion of magnesium alloy was investigated. Exposure test of 0.5 and 1 years for Mb8 at nine different sites was carried out. Surface of the corrosion product was observed. Relations between corrosion and circumstance factors were discussed. It is found that corrosion behavior of the Mg Mn alloy is mainly related to the humidity and the pollution of the atmosphere. In the area having larger ralative humidity and severe pollution, corrosion of the Mg Mn alloy is of severity.

Keyword：

atmospheric corrosion; magnesium alloy; exposure test;

Received： 2003-09-28

镁是最轻和最易加工的结构金属, 它的合金具有许多优异的性能, 如强度重量比和硬度重量比高, 可铸性、可焊性好和延展性好, 导热、导电能力强, 尺寸稳定性高, 对震动、噪音的缓冲能力强, 以及可再生、对环境的污染小等, 可满足航天航空、汽车和电子产品轻量化和环保的要求 ^[1,2,3] , 近年来, 镁合金的研究与应用得到国内外的大力重视, 镁已成为应用增长最快的材料之一 ^[4] 。

镁是所有工业合金中化学活泼性最高的金属, 它的标准电极电位为-2.37 V, 在干燥的大气中可以形成氧化物膜, 对基体有一定的保护作用。但是镁氧化膜疏松多孔, 使其耐蚀性比较差, 显现出很高的化学和电化学活性。因此镁及大多数镁合金在潮湿的大气环境中及有Cl^-存在的条件下都会发生严重的腐蚀 ^[5] 。国外已开展多年镁在自然大气中的腐蚀研究 ^[6] 。镁是我国重要的优势资源之一, 目前我国的镁产量已居于世界前列 ^[7] 。为掌握镁合金在我国自然环境下的大气腐蚀行为和规律, 为镁的研究和利用提供依据, 在我国大气腐蚀网站投放了镁锰合金试样, 研究镁合金在我国自然大气环境下的腐蚀行为。

1 试验内容及方法

1.1 试验材料和试验样品制备

试验材料是MB8镁合金板材, 材料的化学成分见表1。投放的试样均为板状样品。样品尺寸为100 mm×50 mm, 厚度为3 mm。样品经过铣边, 并用金属清洗剂或汽油除去表面油污, 用清水冲洗后再用乙醇脱水, 吹干。置于室内干燥器中24 h后用精度0.1 mg的天平称重。记录样品表面的原始状态。

1.2 试验站及环境特征

选取全国大气腐蚀网站的8个试验站进行样品投放, 表2列出了试验站及它们的环境特征。 8个试验站的条件基本代表了全国的大气腐蚀环境。

表1 试验材料的化学成分Table 1 Chemical composition of tested material (%)

元素	Mn	Se	Al	Zn	Mg
含量	2.1	0.28	0.16	0.22	余量

表2 试验站及其环境特征Table 2 Test site and their environment character

站名	气候及环境特征
北京	暖温带亚湿润区、乡村大气
青岛	暖温带亚湿润区、海洋大气
武汉	亚热带湿润区、工业大气
江津	亚热带湿润区、酸雨工业大气
万宁	热带湿润区、海洋大气
敦煌	中温带、沙漠大气
拉萨	高原气候区
西双版纳	热带湿润区、热带雨林

1.3 试验方法

采用露天曝晒的方法, 将试样固定于曝晒架上, 并与水平面成45°角, 上表面朝向南方。试样曝晒半年和1年后后分别取样, 观察试样宏观形貌, 用失重法评定镁合金的大气腐蚀速率, 利用S-250MK3扫描电镜 (英国剑桥公司产品) 观察腐蚀产物表面形貌; 同时利用扫描电镜附带的能谱仪分析腐蚀产物中元素组成。

2 试验结果及讨论

2.1 镁合金的大气腐蚀速率及主要影响因素

通过1年试验得到的镁合金在8个试验点的腐蚀速率列于表3, 由表3可知相对于铝及其合金来说, 镁锰合金在大气中的腐蚀是比较严重的, 在大部分地区, 其腐蚀速率每年在数十微米, 与A3钢处于同一水平 ^[8] 。

图1显示出MB8在各地点腐蚀速率的高低, 在具有工业污染的及湿润的武汉地区腐蚀最严重。而在高原气候的拉萨和沙漠中的敦煌则腐蚀较轻。从工业污染及湿度的影响方面来看, 虽然西双版纳处于热带湿润地区, 但其腐蚀速率要比具有工业污染的其他城市低。由此可以看出, 镁合金的腐蚀主要取决于大气的湿度及污染程度, 两者比较, 大气污染对镁锰合金的腐蚀的影响比湿度要大。

表3 镁合金在8个试验站的腐蚀速率Table 3 Corrosion rate of Mg-Mn alloy in eight sites

试验地点	江津	西双版纳	拉萨	敦煌	北京	青岛	武汉	万宁
腐蚀速率/	40.3	21.6	13.5	6.3	24.4	34.43	56.5	31.1
(μm·a^-1)

图1 MB8在不同地区的腐蚀速率 Fig.1 Corrosion rate of Mg-Mn alloy in different sites

据有关文献报道, 当大气污染有腐蚀性颗粒在镁合金表面构成阴极时, 表面则迅速生成灰色的腐蚀产物 ^[9] 。大气中含有硫化物和氯化物将加速镁的腐蚀, 大气中SO₂含量达100 mg·mm^-3时腐蚀速率增加, 生成可溶性硫酸盐, 因此镁合金在工业大气和海洋大气中是不耐腐蚀的。而在在干燥清洁空气中, 由于表面膜的保护作用而腐蚀比较轻。本试验武汉、青岛、江津等地的情况与上述污染情况符合; 拉萨和敦煌的情况则证明干燥清洁情况下表面膜的保护作用。

镁在大气条件下的腐蚀主要以氧去极化为主, 薄液膜中的溶解氧对其腐蚀起着重要作用 ^[10,11] 。在拉萨地区, 由于其空气稀薄少氧, 所以Mb8合金的大气腐蚀速率也是相对较低的, 这与试验结果吻合。

2.2 腐蚀形貌

2.2.1 宏观形貌

观察腐蚀半年后MB8的外观可以看到拉萨、敦隍试样表面有轻微污点, 其他地点试样有明显蚀点及蚀坑。其中武汉试样表面蚀坑明显, 颜色发黑, 江津和北京也有试样表面呈现不同程度黑色的现象, 反映出污染的影响。万宁与西双版纳表面附白色腐蚀盐, 呈现出湿热地区镁合金的腐蚀特征。表面观察的结果与失重法得到的腐蚀数据存在着相互认证关系。

2.2.2 微观腐蚀形貌观察

以腐蚀最严重的武汉站样品为对象研究腐蚀形貌。图2为扫描电镜得到的MB8样品在武汉站腐蚀半年的正面及反面形貌。从图中可以看出, 样品正面覆盖着连续的腐蚀产物, 比较疏松, 表明镁锰合金的腐蚀产物对于基体尚有一定的保护作用 ^[9] 。反面腐蚀产物的特点是已不见覆盖物, 可看到比较明显的沿晶腐蚀的特征, 反映出腐蚀产物对基体已无保护作用, 反面腐蚀要比正面严重。