【摘 要】
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镁合金是具有良好比强度、比刚度及低阻尼性的轻质金属材料,在航空航天、军工、交通、生物医学、电子产品等领域具有广阔的应用前景。但是,镁合金化学稳定性较差,在大气环境中易于与氧、水及氯盐等腐蚀介质发生反应而导致腐蚀损坏现象。在实际应用环境中,构件不可避免的会受到外加载荷的作用。而在外加载荷与腐蚀介质的共同作用下,镁合金极易发生应力腐蚀(Stress corrosion,简称SC)。应力腐蚀通常造成金属
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镁合金是具有良好比强度、比刚度及低阻尼性的轻质金属材料,在航空航天、军工、交通、生物医学、电子产品等领域具有广阔的应用前景。但是,镁合金化学稳定性较差,在大气环境中易于与氧、水及氯盐等腐蚀介质发生反应而导致腐蚀损坏现象。在实际应用环境中,构件不可避免的会受到外加载荷的作用。而在外加载荷与腐蚀介质的共同作用下,镁合金极易发生应力腐蚀(Stress corrosion,简称SC)。应力腐蚀通常造成金属材料受拉应力部位的局部腐蚀,这种局部腐蚀会加速镁合金工件的腐蚀断裂,即应力腐蚀断裂(Stress corrosion crack,简称SCC),经常造成严重的事故。相对于其他常见金属材料,镁合金的化学活性最大,因此,通过改善镁合金的耐腐蚀性能是提高其抗应力腐蚀性能的重要途径。本文采用恒压微弧氧化表面处理技术在AZ31镁合金表面制备了 5 μm、10 μm、20 μm、30 μm、40 μm等不同厚度的陶瓷层,通过恒载荷应力腐蚀试验和慢速率连续加载三点弯曲应力腐蚀试验来讨论陶瓷层厚度对AZ31镁合金应力腐蚀性能的影响,并结合陶瓷层的厚度、致密度、表面形貌以及表面粗糙度等参数及电化学腐蚀特性等,讨论了微弧氧化陶瓷层对AZ31镁合金应力腐蚀性能的影响。研究结果表明:(1)3.5 wt%NaCl中性水溶液中的恒载荷应力腐蚀实验中,陶瓷层可有效提高镁合金的应力腐蚀性能。AZ31镁合金在最大载荷(260.4 MPa)发生断裂时,其断裂寿命最短(0.25 h),但表面腐蚀评级已达到5级;MAO-5、MAO-10、MAO-20和MAO-30试样的临界应力腐蚀断裂载荷分别为163.9 MPa、182.1 MPa、168.9 MPa和181.0 MPa。随着载荷增加,AZ31镁合金及其微弧氧化试样的应力腐蚀断裂寿命均逐渐降低,且微弧氧化陶瓷层对试样的应力腐蚀断裂寿命的影响越来越小,载荷为187.5 MPa时,微弧氧化试样的应力腐蚀断裂寿命相对于AZ31提高0.5-80.1倍,而当载荷为260.4 MPa时,微弧氧化试样的应力腐蚀断裂寿命相对于AZ31提高1~2.9倍。(2)慢速率连续加载三点弯曲应力腐蚀实验中,在空气、去离子水、3.5 wt%NaCl中性水溶液和3.5 wt%NaCl+K2Cr2O7中性水溶液中,微弧氧化试样的抗弯强度均高于AZ31镁合金。在以上腐蚀介质中,相对于AZ31镁合金的抗弯强度,厚度为10 μm的微弧氧化试样的抗弯强度分别提高了 2.8%、14.8%、22.7%和29.2%。因此,腐蚀介质对试样耐蚀性的影响越大,陶瓷层提高镁合金应力腐蚀性能的效果越明显。(3)陶瓷层改善镁合金应力腐蚀性能的主要原因,一方面是陶瓷层提高了镁合金试样裂纹形成时的断裂吸收功和抗弯强度,两者相对于AZ31镁合金分别提高了 7.3%~44.3%和5.6%~14.9%;另一方面,陶瓷层显著提高了镁合金的耐蚀性能,在静态浸泡腐蚀试验中,镁合金表面腐蚀评级达到5级的时间为444 h,而微弧氧化试样最高可达到1302 h;电化学腐蚀实验中,微弧氧化试样的腐蚀电流密度相对于AZ31镁合金降低至少一个数量级。因此,微弧氧化陶瓷层良好的耐腐蚀性可进一步延缓裂纹的萌生,进而增加AZ31镁合金的应力腐蚀断裂寿命。
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