基于原位無(wú)損的電化學(xué)技術(shù)對(duì)純鎂和鎂合金AZ91D及ZE41薄液膜腐蝕行為研究.pdf

1、鎂及其合金是目前世界上最輕的結(jié)構(gòu)材料，被廣泛地應(yīng)用于航天航空和汽車(chē)工業(yè)，同時(shí)在3C電子產(chǎn)業(yè)和醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域也展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。當(dāng)前制約鎂及其合金發(fā)展的首要問(wèn)題是耐蝕性能差，且暴露于大氣環(huán)境中的腐蝕占總腐蝕的一半以上。目前為止戶外暴露實(shí)驗(yàn)是研究鎂和鎂合金大氣腐蝕行為的最常用手段，主要通過(guò)失重法和腐蝕產(chǎn)物的物理表征來(lái)分析腐蝕行為從而得到一些宏觀非原位的信息。然而，金屬的大氣腐蝕是發(fā)生在薄液膜下的電化學(xué)行為，因此采用原位無(wú)損的電化學(xué)測(cè)試方法

2、研究鎂及其合金的大氣腐蝕電化學(xué)腐蝕機(jī)制十分必要。
　　采用陰極極化曲線、原位無(wú)損的電化學(xué)阻抗譜(Electrochemical ImpedanceSpectroscopy, EIS)和電化學(xué)噪聲(Electrochemical Noise，EN)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合SEM/EDS、XRD以及掃描開(kāi)爾文探針力顯微鏡(Scanning Kelvin Probe ForceMicroscopy, SKPFM)等物理表征研究了純鎂和鎂合金AZ9

3、1D及ZE41在3.5 wt.％NaCl薄液膜下的腐蝕行為。
　　研究結(jié)果表明純鎂和鎂合金AZ91D在薄液膜下的腐蝕行為與本體溶液中不同。陰極極化曲線結(jié)果顯示隨著液膜厚度的降低，純鎂和AZ91D的陰極電流密度降低，腐蝕電位正移，陰極和陽(yáng)極過(guò)程都受到抑制，腐蝕速率減小。EIS結(jié)果表明薄液膜下純鎂和AZ91D的腐蝕速率降低，且隨著液膜厚度的減薄腐蝕速率持續(xù)降低。電位噪聲的小波分析結(jié)果顯示本體溶液中D7至D8晶胞能量占主要，薄液膜下能量

4、主要集中在D1至D3晶胞上且隨著液膜厚度的減薄，D1至D3能量所占比重增加，表明AZ91D在本體溶液中主要是均勻腐蝕，薄液膜下出現(xiàn)局部腐蝕且隨著液膜的減薄局部腐蝕比重增加。SEM/EDS和SKPFM研究結(jié)果顯示鎂合金AZ91D中β相與α基體相的伏打電勢(shì)差約為92 mV，同時(shí)β相與α/β相鄰區(qū)域的伏打電勢(shì)差高達(dá)202 mV，腐蝕優(yōu)先發(fā)生在與β相相鄰的α相上。純鎂由單一的基體相組成且電極表面存在微小的缺陷孔，測(cè)得的伏打電勢(shì)波動(dòng)幅度小，不存在

5、明顯的微觀相間電勢(shì)差變化。
　　與純鎂和鎂合金AZ91D的腐蝕行為相似，薄液膜下ZE41的陰極和陽(yáng)極過(guò)程均受到抑制，腐蝕速率低于本體溶液中且隨著液膜厚度的減薄而減小。此外根據(jù)Rsurf+Rt隨時(shí)間的變化情況可將ZE41的腐蝕分為三組不同類(lèi)型:本體溶液中隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，Rsurf+Rt值持續(xù)下降;407μm、301μm和200μm薄液膜下，Rsurf+Rct值大體上是先增加后減小;105μm和50μm薄液膜下，分別在0-3 h和0

6、-6 h的時(shí)間內(nèi)Rsurf+Rct顯示出持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，隨著浸泡時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，Rsurf+Rct波動(dòng)較劇烈但整體上仍呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。電化學(xué)電位噪聲結(jié)果表明ZE41在本體溶液中先發(fā)生均勻腐蝕，隨后亦開(kāi)始出現(xiàn)局部腐蝕行為，在薄液膜下亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕等局部腐蝕行為所占比重較高，且隨著液膜厚度的減薄和腐蝕時(shí)間的增加亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕等局部腐蝕比重增加，成為主要的腐蝕形式。噪聲電阻結(jié)果反映的腐蝕速率信息和EIS的結(jié)果存在一定的差異，這主要是由于EIS反映了腐