鎂合金的腐蝕問題
2019-12-06 10:59 ?瀏覽：次
鎂合金比重為鋁合金的68%，鋅合金的27%，鋼鐵的23%，其具有很高的比強度、比剛度，且具有良好的可加工性、可焊接性和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點。如果飛行器以及交通運輸工具的結構件用鎂合金制造，可以達到非常好減重效果。除了輕量化的優(yōu)點外，鎂合金還具有優(yōu)良的電磁屏蔽性和熱傳導性以及耐沖擊等特點，因此鎂合金還被廣泛的用來制作3C產(chǎn)品的外殼。
但是，鎂及其合金極易在大多數(shù)環(huán)境介質(zhì)中腐蝕，鎂合金的“表面短板”成為其廣泛應用的攔路虎。目前，國內(nèi)外對鎂合金腐蝕問題做了很多“表面文章”，以期通過有效的表面處理方法來提高鎂合金表面的抗腐蝕能力。
先穿越回中學化學課堂的鎂條燃燒實驗，鎂條燃燒產(chǎn)生耀眼的白光，生成白色粉末，如果觀察仔細，還會發(fā)現(xiàn)白色粉末的外圍有時附著黑色的顆粒，看到燃燒的上方有濃烈的白煙升騰。實驗中生成的白色粉末是氧化鎂和氮化鎂，附著的黑色顆粒為炭黑，升騰的白煙是氫氧化鎂。這些物質(zhì)也是鎂合金在環(huán)境介質(zhì)中被腐蝕所產(chǎn)生的物質(zhì)。在干燥空氣中，鎂的表面會生成氧化鎂；在濕潤環(huán)境中，鎂的表面的氧化鎂會轉(zhuǎn)變成氫氧化鎂。大氣中的二氧化碳與水形成碳酸，與表面的氫氧化鎂反應還會生成碳酸鎂。此外，鎂合金表面的氫氧化鎂還會與大氣中的污染物發(fā)生反應，例如二氧化硫。
鎂與環(huán)境介質(zhì)作用生成的這些物質(zhì)在鎂合金外形成了一層表面膜，分析發(fā)現(xiàn)其氧化膜的結構可分為三層，最外層是厚達2微米的小塊板狀的結構；中間是一層僅有20～40納米的致密中間層；第三層呈蜂窩狀，有0.4～0.6微米厚。鎂合金表面的這種三層層狀結構呈現(xiàn)出一個共同的特點，即多孔狀。這種多孔狀的氧化膜不可能起到阻止內(nèi)部的鎂繼續(xù)與外界發(fā)生反應的作用，對鎂合金基體并無良好的腐蝕防護作用，且膜質(zhì)脆，極易被腐蝕。
更慘的是，鎂鎂的標準電極電位是所有結構金屬材料中最低的，是-2.73V。在腐蝕介質(zhì)中，鎂合金中的鎂基體很容易與合金元素和雜質(zhì)元素形成腐蝕電池，誘發(fā)電偶腐蝕。相關研究表明，鎂合金發(fā)生電偶腐蝕的程度與以下因素有關：
（1）鎂合金在酸性或中性溶液中易受腐蝕，但在堿性環(huán)境中特別是強堿性環(huán)境（pH>10.5）中卻相當穩(wěn)定。
（2）當鎂合金中含有Al、Zn、Ca、Ag、Cd等元素時，對鎂合金的耐蝕性影響較??；但當鎂合金中含有Fe、Ni、Cu、Co等元素時，其腐蝕速率將大大加快。
（3）鎂合金在干燥的空氣中能形成有效的保膜，具有較好的耐蝕性能；但在潮濕的空氣中，特別是含S0 或含Cl 氣氛中會遭到嚴重的腐蝕。
對上面的內(nèi)容進行一下概括就是：鎂的標準電極電位很負，導致鎂合金在腐蝕介質(zhì)中很容易發(fā)生嚴重的腐蝕，并且鎂合金表面腐蝕的產(chǎn)物疏松多孔，對基體的保護能力差，因此鎂合金不能耐受腐蝕環(huán)境。