鎂合金在介質(zhì)中腐蝕及熱氧化機(jī)理的研究.pdf

1、鎂合金有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、原料豐富，且機(jī)械加工性能好、可回收。從Mg 合金的這些突出特點(diǎn)可以預(yù)見(jiàn)它將會(huì)有很好的應(yīng)用前景。鎂合金高溫性能差、耐蝕性差限制了鎂合金的應(yīng)用與發(fā)展。為進(jìn)一步提高鎂合金高溫抗氧化性能和抗腐蝕性能，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“鎂合金強(qiáng)化及腐蝕機(jī)理的電子理論研究”，利用Materials Studio軟件中基于密度泛函理論的贗勢(shì)平面波方法(CASTEP)模塊對(duì)介質(zhì)對(duì)鎂及鎂合金腐蝕機(jī)理(包括在介

2、質(zhì)中腐蝕和熱氧化腐蝕)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)：1)水分子在Mg(0001)表面吸附時(shí)，水分子中氧原子與表面成鍵，頂位吸附取傾斜附構(gòu)時(shí)最穩(wěn)定，吸附為化學(xué)吸附。水吸附于鎂表面后，鎂表面電子向水分子上轉(zhuǎn)移，使鎂表面電位向正方向移動(dòng)，降低鎂表面的活性，產(chǎn)生鈍化，生成MgO 或Mg(OH)2，對(duì)鎂有一定的保護(hù)作用。水分子吸附后鍵長(zhǎng)增長(zhǎng)，鍵角增大，水中各原子間作用減弱，可與Mg 形成水合分子或反應(yīng)生成MgO、或Mg(OH)2，從而使鎂發(fā)生鈍化。2)氯離子吸

3、附于六方穴位，也屬化學(xué)吸附；
　　 氯離子吸附后，有0.44個(gè)電子轉(zhuǎn)移到鎂表面，使得鎂表面帶負(fù)電，其腐蝕電位負(fù)移，加速鎂的腐蝕；由于氯離子與表面鎂形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，會(huì)導(dǎo)致MgCl2 生成，這樣鎂在含氯離子水溶液中容易發(fā)生腐蝕。通過(guò)比較水分子和氯離子在Mg(0001)表面吸附可以發(fā)現(xiàn)：在含氯離子水溶液中，氯離子優(yōu)先吸附于鎂表面，且與鎂的結(jié)合力也比水強(qiáng)得多，使得鎂更容易發(fā)生腐蝕。3)氧原子也吸附于六方位，有1.23個(gè)電子從鎂表面轉(zhuǎn)移

4、到氧原子上，使鎂表面電位向正方向移動(dòng)，使鎂發(fā)生氧化生成MgO。4)氧原子在摻雜La的Mg(0001)表面吸附時(shí)，在六角位吸附時(shí)最穩(wěn)定。氧原子與表面Mg、La 成鍵，且與La 相互作用強(qiáng)，阻礙了氧向鎂體內(nèi)擴(kuò)散。吸附過(guò)程中表面鎂原子的電子向氧原子轉(zhuǎn)移，使鎂表面電位向正方向移動(dòng)，會(huì)使鎂產(chǎn)生氧化。摻雜La 后氧化膜由原來(lái)的全部是MgO 變?yōu)椴糠直籐a2O3 代替，即生成了復(fù)合氧化膜，La2O3 致密能阻止氧原子進(jìn)一步向體內(nèi)擴(kuò)散，阻止鎂的進(jìn)一步氧