AM60+x%Nd合金的腐蚀行为研究

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在资源和能源即将匮乏、环境污染严重的今天,镁合金因其优异的特性,作为轻金属结构材料,在汽车、电子产品、航空航天等领域已成为节油(减重)环保的重要手段,应用前景非常广阔。但镁合金作为结构材料,在发展与实际应用中还存在着很大差异,这与镁合金较差的耐蚀性有着密不可分的关系。目前为止,虽然人们对镁合金的腐蚀防护开展了大量的工作,在一定程度上提高了镁合金的耐蚀能力,但因人们对镁合金腐蚀机制认识不清,致使其仍旧不能达到工业化应用的要求。为此,本研究作为提高AM60合金腐蚀性能的基础研究环节,采用AM60和稀土Nd元素为原料,在真空氩气保护下,精炼制备出Nd含量不同的五组AM60合金。在室温和3.5%NaCl溶液中进行AM60+x%Nd合金失重腐蚀试验、电化学实验和在太原大气中的AM60合金暴露的大气腐蚀实验;用SEM、XRD等表征试样腐蚀前、后及腐蚀产物的微观组织变化;并用测定的实验数据,建立镁合金一级电偶(电化学)腐蚀速率方程;测算出腐蚀过程的表观腐蚀速率常数κ,且随Nd含量的变化。用表征和测算的结果,分析、研究晶粒尺寸(d)、Mg-Al相、Al11Nd3相和Nd含量等对腐蚀速率的影响;分析、探讨3.5%NaCl溶液中AM60+x%Nd合金的腐蚀行为和Nd元素提高AM60镁合金腐蚀性能的机理。为大幅提高镁合金的抗腐蚀性并扩大其应用领域提供基础实验数据。其结论如下:1.静态失重实验中,含Nd合金的腐蚀速率显著降低;当Nd含量为0.899%时,AM60镁合金的腐蚀速率由9.43mg·cm-2·d-1减小到3.95mg·cm-2·d-1,降低58.2%。主要腐蚀产物为Mg(OH)2、Mg6Al2(OH)18·5H20和少量的Mg17Al12。2.电化学实验中,当合金中添加微量Nd元素后, AM60合金的基体电极电位提高,腐蚀电流降低;当Nd含量为0.899%时,腐蚀电位由1.3788V提高至1.3327V,腐蚀电流由1.913×10-4mA降低到0.545×10-4mA。3.大气腐蚀实验中,含Nd的AM60合金表面腐蚀程度均小于不含Nd的AM60镁合金;且以Nd含量为0.899%的合金表面腐蚀最小。4.AM60镁合金静态失重腐蚀建立的腐蚀反应动力学模型测算结果表明,表观腐蚀速率常数κ与合金晶粒尺寸d、Nd的添加量分别服从于k=0.61nd-1.3、k=0.6exp(-2.7Nd%)+0.58的函数式。其中kmax和kmin分别为1.21μm/h和0.53μm/h。5.微量Nd元素提高AM60镁合金耐蚀性能的机理为:微量Nd可细化晶粒尺寸、改变β-Mg17Al12相和Al11Nd3相的数量及分布,这等同于增加了腐蚀过程电阻,提高腐蚀电位、降低腐蚀电流;形成的Al11Nd3相和固溶在基体中的Nd原子,改变AM60合金Nd原子附近领域的电子云密度,形成类似合金表面镀层一样的耐蚀保护膜,协同附着在合金表面的腐蚀产物,将点蚀改为丝状腐蚀,从而起到降低腐蚀速率的作用。
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