基于原位無損的電化學(xué)技術(shù)對純鎂和鎂合金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工業(yè)，同時在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驗是研究鎂和鎂合金大氣腐蝕行為的最常用手段，主要通過失重法和腐蝕產(chǎn)物的物理表征來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，因此采用原位無損的電化學(xué)測試方法

2、研究鎂及其合金的大氣腐蝕電化學(xué)腐蝕機制十分必要。
　　采用陰極極化曲線、原位無損的電化學(xué)阻抗譜(Electrochemical ImpedanceSpectroscopy, EIS)和電化學(xué)噪聲(Electrochemical Noise，EN)技術(shù)，同時結(jié)合SEM/EDS、XRD以及掃描開爾文探針力顯微鏡(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，陰極和陽極過程都受到抑制，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基體相的伏打電勢差約為92 mV，同時β相與α/β相鄰區(qū)域的伏打電勢差高達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，測得的伏打電勢波動幅度小，不存在

5、明顯的微觀相間電勢差變化。
　　與純鎂和鎂合金AZ91D的腐蝕行為相似，薄液膜下ZE41的陰極和陽極過程均受到抑制，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隨時間的變化情況可將ZE41的腐蝕分為三組不同類型:本體溶液中隨著浸泡時間延長，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的時間內(nèi)Rsurf+Rct顯示出持續(xù)增長趨勢，隨著浸泡時間的進一步延長，Rsurf+Rct波動較劇烈但整體上仍呈現(xiàn)增加的趨勢。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，隨后亦開始出現(xiàn)局部腐蝕行為，在薄液膜下亞穩(wěn)態(tài)點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間的增加亞穩(wěn)態(tài)點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