AZ31镁合金耐腐蚀性的研究*

杨 栋，吴志生，弓晓园，高宇龙

(1.山西大同大学 教学实验与实训中心，山西 大同 037003；2.太原科技大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024)

镁能够与铝、锌等金属组成很有工业价值的实用合金，具有很高的比强度与比刚度，有相当高的导热性与导电性,无磁性，有优异的尺寸稳定性与良好的能量吸收特性，是制造抗振零件的良好材料。由于这些特性，使得镁合金作为一种结构材料，在航天航空、交通运输工业、3C产业、国防军工、光学仪器以及家用电器等领域中有着十分广泛的用途[1]。然而由于其化学性质非常活泼，电位负[2]，极易发生腐蚀。同时，镁合金中含有杂质元素及合金元素，在使用过程中易产生电偶腐蚀、应力腐蚀等[3-4]。另外，镁合金表面形成的氧化膜疏松多孔，在大气、海洋等环境下对基体的保护能力差，没有良好的耐腐蚀作用。因此，耐腐蚀性差极大地限制了镁合金的广泛应用及其发展。

当前，为了改善镁合金的耐腐蚀性，普遍采用微弧氧化、化学转化膜、金属镀层、降低Ni、Fe、Cu、Co等元素制备高纯度的镁合金或者加入稀土元素等提高镁合金的耐蚀性[5-16]。对于采用深冷技术改善镁合金耐蚀性鲜有报道，笔者拟采用不同的深冷处理温度以期提高镁合金的耐腐蚀性。

1 试验材料及工艺

1.1 试验材料

试验材料选用AZ31变形镁合金，板材形状尺寸为200 mm×150 mm×7 mm，采用线切割机，将板材加工成表面30 mm×30 mm的试样，共4组，分别标记A、B、C、D。

1.2 深冷工艺

试验选用液氮作为制冷剂，深冷设备是SLX系列远程控制深冷箱，采用气化法对试件进行深冷处理。其中标记A的不做任何处理，标记B、C、D的分别由常温缓慢深冷到-150 ℃、-170 ℃、-190 ℃，保温时间均为6 h，随后再缓慢升至室温。

1.3 腐蚀工艺

试验选用3.5%的NaCl溶液作为腐蚀剂，腐蚀之前对所有试样的表面采用碳化硅水磨砂纸打磨，再用蒸馏水和丙酮清洗后吹干，最后用电子天平称量出各组试件腐蚀前质量W0，取平均值。

称量结束后，将A、B、C、D这4组试样分别浸入浓度为3.5%NaCl介质中，浸泡时间为24 h。腐蚀结束后，取出试样，依次用铬酸(200 g/L CrO3+10 g/L AgNO3)和蒸馏水清洗试样并用吹风机吹干；再依次用电子天平称量出各组试件腐蚀后的质量W1，取平均值。

试验采用失重法计算试样在腐蚀液中的腐蚀速率，腐蚀速率计算式如下：

(1)

式中，V是试样的腐蚀速率，单位为mg/(cm2·h)；W0是试样腐蚀前质量，单位为mg；W1是试样腐蚀后质量，单位为mg；S是试样总的表面积，单位为cm2；T是腐蚀时间，单位为h。

2 试验结果与分析

2.1 深冷处理温度对镁合金组织的影响

未处理与不同深冷处理温度下AZ31镁合金金相组织如图1所示。

a)未处理

由图1可知，深冷处理在一定程度上能够显著改善基体组织。同时发现，随着深冷处理温度降低，镁合金组织中各组元变得均匀，基体α相变得越来越小，晶界越来越清晰，同时第二析出相也越来越多。试验表明，通过深冷处理能够对镁合金起到细化晶粒的作用。

未处理与不同深冷处理温度下AZ31镁合金X-RD衍射图如图2所示。

a)未处理

由图2可知，镁合金基体组织主要由相α-Mg和相β-Mg17Al12组成。与未处理相比，通过深冷处理的镁合金各相的衍射峰显著提高，深冷处理温度越低，组织中的相α-Mg与相β-Mg17Al12衍射峰越强，与图1中第二析出相增多相佐证。

2.2 深冷处理温度对镁合金腐蚀速率的影响

AZ31镁合金深冷处理前后腐蚀速率见表1。

表1 AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率

由表1可知，经过不同深冷温度处理后的镁合金，腐蚀速率不同，差异很大。同时，随着深冷温度的降低，基体的腐蚀速率有所减慢。其中，经过-190 ℃、6 h深冷温度处理后的镁合金，耐腐蚀性最强。与未处理的试样相比，腐蚀速率降低了50.24%。试验表明，深冷处理可以显著改善镁合金的耐腐蚀性。

3 分析讨论

众所周知，镁合金的腐蚀本质是发生内电偶腐蚀，成分越混杂，腐蚀性越强。通过深冷处理使基体各组元变得更均匀，晶粒更细化，同时深冷处理产生的巨大内应力减少了基体的空位，提高了基体的致密度，使晶粒与晶界处的内电阻趋于平衡，进而降低了电位差，故提高了镁合金的耐腐蚀性。另外，从金相显微组织中可以看到，随着深冷处理温度降低，合金中的第二相β-Mg17Al12越来越多，笔者认为，这种连续析出的硬质粒子将α相与外界隔离，起到了机械阻挡的作用，这或许也是提高镁合金耐腐蚀性的原因之一。

4 结语

通过对比不同深冷处理温度后的镁合金在3.5%NaCl介质中的腐蚀数据，笔者得出如下结论。

1)深冷温度越低，镁合金的耐腐蚀性越强。其中，经过-190 ℃、6h 的镁合金，其耐腐蚀性最佳。

2)深冷处理促使晶粒细化，成分更均匀，降低了内部电阻的不平衡性，进而提高了镁合金的耐腐蚀性。

3)随着深冷温度的降低，第二相β-Mg17Al12逐渐析出，将基体组织中的α相与外界隔离，阻挡了镁合金的腐蚀行为。