In含量对镁合金腐蚀行为的影响

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当前,节能减排已成为世界各国在发展过程中需要考虑的核心要点。2020年中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”的目标。道路交通中的尾气排放在二氧化碳的来源中占比很重,降低汽车排量比较有效的手段是在汽车中使用轻量化部件来降低汽车自重。镁合金作为最轻的金属结构材料,在实现汽车的轻质化方面有巨大优势。镁金属有诸多优良性能:高的比强度和比刚度、良好的切削加工性能、有优异的电磁屏蔽性能等。而且,镁矿石资源在地球上的储量丰富,我国已探明的镁矿石储量居世界前列,在开发和利用镁金属方面有很大的优势。因而,镁合金作为轻质合金材料具有广阔的应用前景。现阶段,镁合金较差的耐蚀性是限制其规模化应用的主要瓶颈。研究人员围绕镁合金的腐蚀机理开展了众多研究,开发了多种高耐蚀的新型镁合金。其中合金化方法作为一种经济、高效的手段,具有成本低、可与其他方法复合等优点,是近年来研究的热点话题。本文以Mg-In合金为研究对象,通过改变合金中In元素的含量,研究了In含量对镁合金腐蚀过程的影响。首先,采用失重、析氢和电化学试验对Mg-In合金的性能和电化学腐蚀行为进行分析,随后,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪等表征技术研究合金在长期腐蚀后的腐蚀层形貌及产物组成,探索性能差异的根本原因。综合试验结果,本文得出了镁合金腐蚀过程中In含量与其活化和抑制行为的关系。主要的研究结果如下:(1)失重、析氢以及动电位极化结果表明,Mg-In合金的腐蚀行为与In含量有密切关系。在镁合金中添加适量的In元素可以有效改善镁合金的腐蚀性能,但随着In含量的上升,镁合金的耐蚀性下降。(2)In元素在Mg-In合金的腐蚀过程中有活化和抑制两种作用,并且这两种作用是相互竞争的关系。In元素的这种活化和抑制作用源自于In在镁合金表面的析出再沉淀行为。In含量决定了哪种作用在Mg-In合金的腐蚀过程中占主导地位。当在镁合金中添加较低含量的In元素时,此时,In元素的抑制作用占主导,能够改善镁合金的耐蚀性。当在镁合金中添加的In元素含量较高时,In元素在镁合金的腐蚀过程中主要起活化作用,加速镁合金的腐蚀,对镁合金的耐蚀性不利。(3)Mg-In合金的腐蚀产物层结构与In含量有密切关系。在镁合金中添加适量的In元素时,Mg-In合金的表面会形成双层腐蚀层结构,这种双层腐蚀层结构由靠近镁合金基体的内层In元素聚集层以及被In/In2O3/In(OH)3填充的外层致密Mg(OH)2腐蚀层构成。这种双层腐蚀层结构能够阻止腐蚀性离子向镁合金基体的渗透,可以有效提高镁合金的耐蚀性。在镁合金中添加高含量的In元素时,合金表面不仅不能形成具有保护性的双层腐蚀层结构,反而因为In元素在镁合金表面的大量沉积和聚集,引起了强烈的电偶腐蚀,镁合金的腐蚀速度加快,对镁合金的耐蚀性不利。(4)Mg-In合金经过多道次热轧处理以后,晶粒尺寸变小,但是耐蚀性能改善不明显。对于Mg-In合金而言,In含量是决定其腐蚀性能的主要因素。轧制处理不改变In元素在Mg-In合金腐蚀过程中发挥的活化和抑制作用,Mg-In合金腐蚀层的形成机制不受晶粒细化的影响。
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