银元素对镁合金腐蚀行为的影响

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镁合金由于比强度高等优点,在航空、航天和汽车等领域具有广泛的应用前景。但是,较差的耐腐蚀性能限制了其应用。Ag作为一种重要的合金化元素,在镁合金中应用很广泛,例如应用于飞机和导弹铸件的QE22A合金。另外,Ag也可以作为一种抗菌元素应用于医疗器械中。但是,关于Ag对镁合金腐蚀速率的影响这一方面,很多文献报道得还很浅显,只指出了 Ag能提高镁合金的腐蚀速率,具体的腐蚀机制及Ag的腐蚀产物尚不清楚。为了弄清楚这些原因,本论文采用熔铸的方式制备了 Mg-2Mn-xAg合金,并对其固溶处理,研究了不同成分和不同状态的镁合金分别在3.5 wt.%NaCl溶液及SBF溶液中的腐蚀行为。另外还利用OM、SEM、XPS、析氢失重装置和电化学工作站等设备分别研究了铸态和固溶态镁合金中的Ag元素对合金的微观组织、物相结构及腐蚀性能的影响,并对合金的腐蚀行为和腐蚀机理进行了分析和讨论。通过对合金的微观组织观察和分析发现,铸态Mg-2Mn合金主要由α-Mg基体和富Mn相构成,铸态Mg-2Mn-2Ag和Mg-2Mn-4Ag合金主要由α-Mg基体、富Mn相、Ag富集区和Mg-Ag相构成,且合金的晶粒尺寸随着Ag含量的增加而减小。固溶处理后,合金中的Mg-Ag相和Ag富集区消失,但是Mg基体中除了颗粒状的富Mn相外,又析出了细长条状富Mn相。腐蚀性能测试表明,铸态和固溶态Mg-2Mn-xAg(x=0、2、4)合金在3.5wt.%NaCl溶液和SBF溶液中的腐蚀行为与Ag元素的含量和存在状态有关。合金中的Mg-Ag相和Ag富集区会与Mg基体形成电偶腐蚀,从而降低了合金的耐腐蚀性。合金中的Ag含量越大,腐蚀速率越快。尽管Mg元素和Ag元素有着很大的电势差,但是当Ag元素含量小于2 wt.%时,并不会造成腐蚀速率的大幅度增大,反而当Ag元素大于2 wt.%时,合金的腐蚀速率会增大很快。通过对合金腐蚀过程和腐蚀形貌的观察与分析发现,Ag的存在增强了镁合金的阴极析氢能力。但是,有时候阴极析氢能力并不会一直增强,反而有所降低,这是因为合金表面的腐蚀产物阻碍了阴极反应。另外,腐蚀产物也会阻碍合金的阳极反应。Ag原子在腐蚀过程中会被氧化为Ag+,一部分Ag+与Mg反应生成单质Ag沉积在合金表面,然后形成纳米尺寸的Ag颗粒,另一部分Ag+与Cl-反应生成AgCl颗粒沉积在合金表面。
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