比较AZ31和AZ91镁合金的电化学研究

文摘

比较研究进行了AZ31和AZ91镁合金为了理解电化学行为在碱性和含氯的解决方案。开路电位((OCP)检查在1 M氢氧化钠和3.5质量%氯化钠的解决方案。粗加工合金展示了几个潜在的整个沉浸在1 M氢氧化钠溶液滴,虽然AZ91没有显示这一现象。标本被阳极氧化以恒定的潜力在298 K 3 V 30分钟1 M氢氧化钠溶液。阳极氧化膜的防腐行为标本比nonanodized标本。阳极氧化膜的AZ91 nonanodized相比具有更好的耐腐蚀标本和阳极氧化膜粗加工合金。

1。介绍

镁合金的重要性显著增加在各行业由于高强度/重量比,高的尺寸稳定性,良好的加工,能够被回收(1]。不幸的是,镁还有些不足的特点,推迟了广泛使用在许多应用程序中。可怜的耐腐蚀性能的一个主要问题,防止镁合金的广泛在户外应用中由于化学和电化学活性高与其他结构相比,钢和铝等金属合金。有两个主要原因,镁合金的耐蚀性差;第一个原因是第二阶段的内部接触腐蚀或杂质;第二个原因是氢氧化膜在镁比被动形式的电影是更稳定的金属,如铝合金和不锈钢(2]。镁是在碱性环境中耐腐蚀;Mg形式钝化的氢氧化镁晶体薄膜镁合金的表面。这部电影是非常稳定的纯碱性水溶液(3]。稀碱溶液显示微不足道的腐蚀性影响高温下的沸点4]。进一步提高耐蚀性,表面处理是必要的,以防止镁合金腐蚀和实现很多应用程序所需的阻力。铬酸盐浴是传统应用尽管对环境不友好。对人类有毒和难回收。几种表面处理流程进行以达到良好的耐蚀性如电镀法、化学转化、阳极氧化、热喷涂,化学和物理气相沉积、等离子体聚合(5]。在我们以前的工作,我们调查了镁合金阳极氧化在碱性溶液中各种参数(6- - - - - -8]。在目前的工作,比较研究进行了AZ31和AZ91镁合金为了理解电化学行为在不同的解决方案。开路电位((OCP)测量在1 M氢氧化钠和3.5质量%氯化钠的解决方案。标本被阳极氧化以恒定的潜力在298 K 3 V 30分钟。防腐行为进行评估使用的阳极极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)。

2。实验的程序

2.1。标本制备

商用AZ91和粗加工合金用作基质;合金的化学成分表中列出1。合金的表面是抛光2000 #砂纸0.05紧随其后米氧化铝粉末。标本被小心翼翼地清洗水,用丙酮冲洗,干燥的空气。所有的实验标本安装使用聚四氟乙烯(PTFE)树脂胶带,留下1厘米²表面积。

2.2。开路电位((OCP)

电化学测量进行了使用传统电化学电池配备三个电极。镁合金试样、铂和Ag / AgCl坐。氯化钾担任工作,计数器,分别和参考电极。这种电化电池也用于所有电化学测量的研究。两种合金在3.5的(OCP质量%氯化钠和1 M氢氧化钠溶液不通风30分钟。解决方案是使用电磁搅拌器激动整个治疗。

2.3。阳极极化测试

potentiodynamic极化测试进行了使用Solartron 1285恒电位仪(英国范堡罗Solartron分析),控制CorrWare软件(斯克里布纳尔出版社Associates Inc .)。17毫米的阳极极化曲线测量生理盐水和0.1 Na₂所以₄解决方案在298 K的扫描速度1 mV / s。

2.4。电化学阻抗谱

沉浸标本测定的电化学阻抗谱17毫米氯化钠和0.1 Na₂所以₄解决方案在298 K使用Solarton 1287电化学界面和Solarton 1260频率响应分析仪(英国范堡罗Solartron分析),从100000年到0.01赫兹频率范围。控制与Z-Plot软件(斯克里布纳尔出版社Associates Inc .)。

2.5。阳极氧化

标本被阳极氧化膜在1 M氢氧化钠碱性溶液以恒定的潜力在298 K 3 V 30分钟。治疗后,标本仔细清洗用蒸馏水和干燥空气下之前的分析。

2.6。阳极膜的形态和结构

阳极膜的形态和微观结构观察与日立s - 800扫描电子显微镜(SEM)。水晶阶段和x射线衍射(XRD)确定。

3所示。结果与讨论

3.1。材料结构的电化学行为的影响

AZ91镁合金的显微组织显示了几乎连续的晶界网络阶段(毫克₁₇艾尔₁₂)。然而,AZ31包含几个数量的阶段,如图1。的阶段在氯化钠更稳定,更惰性腐蚀。自由的腐蚀电位步比自由更积极的腐蚀电位步在氯化钠的解决方案。的腐蚀阶段由于其非常消极自由腐蚀电位,腐蚀速率的趋势步被microgalvanic加速之间的耦合步和步(9- - - - - -11]。的阶段主要是作为电阴极和加速的腐蚀过程矩阵的体积分数步是小;然而,高体积分数的阶段可能会充当阳极障碍抑制的整体腐蚀合金(12]。

图2显示了(OCP AZ31和AZ91镁合金在1 M氢氧化钠溶液30分钟。的(OCP AZ31转向高贵的潜在价值,显示整个浸几个潜在的下降。发生潜在的下降表明,几个周期的解散/ repassivation过程发生在氢氧化镁薄膜的形成。(OCP的变化可能是由不同的因素引起的,如表面的pH值的变化或温度。然而,这样一个巨大的潜在下降很难归因于自然发生的小波动的温度或博士此外,其最高价值的潜在下降(被动地区)几乎它的初始值(活跃区)表明,潜在的变化主要源于钝化膜的溶解和随后的接触裸露的金属表面(13]。另一方面,AZ91转向高贵的潜在价值的(OCP整个浸没有观察到显著的潜在的下降,表明形成的钝化膜对AZ91更多的保护和强烈坚持衬底。

镁合金的腐蚀机理,在水环境中一般收益由电化学与水反应生成氢气和氢氧化镁14]。镁溶解发生后立即浸泡在溶液中 氢进化与Mg解散: 由于生产的pH值增加,这有利于Mg沉淀反应的氢氧化膜的形成:

(OCP AZ31和AZ91镁合金进行氯化钠的质量在3.5解决方案如图30分钟3。氯化钠浓度越高被选为了加快腐蚀速率测试标本。表面膜的形成或腐蚀产物覆盖在材料迟钝的进一步腐蚀AZ31和AZ91镁合金在稀溶液(15,16]。在浸入式的开始,两种合金的(OCP转变向高贵的潜在的钝化膜可能因为腐蚀产物膜的形成可以作为一个有效的障碍进一步氧化。浸泡后85秒,使镁合金(OCP减少达到最初的潜在价值由于表面点状腐蚀。(OCP AZ91镁合金的继续增加,可能是因为相对大量的毫克₁₇艾尔₁₂纯的,这减少了活动在3.5毫克%氯化钠质量。腐蚀产物膜覆盖整个镁合金表面容易腐蚀阶段,使镁合金的主要组成部分。此外,包含广泛的微裂隙表面多孔结构。钝化膜在AZ91似乎紧凑,腐蚀产物膜不覆盖整个表面,如图4。

3.2。参与合金的耐蚀性能

两种合金的防腐蚀行为检查使用potentiodynamic阳极极化技术。AZ91镁合金的窖藏潜力是高贵的粗加工合金如图5。耐腐蚀的AZ31和AZ91可以进一步证实了利用电化学阻抗谱(EIS)。粗加工和AZ91合金的EIS结果如图所示6。电容式循环的直径在奈奎斯特平面表示试样的极化电阻。更大的极化电阻通常意味着较低的腐蚀速率。尼奎斯特图(图6(一))表明,合金有一个电容循环频率,这意味着腐蚀速率是不同的和相同的机制。实验进行了4个小时;电容回路的直径在奈奎斯特平面对AZ91镁合金比这大得多,这意味着AZ91的腐蚀速率远低于粗加工合金。波德图这是一个变化的频率特性曲线如图6 (b)。AZ91粗加工合金相比,具有较高的阻抗值,这表明AZ91粗加工合金相比,具有更好的耐蚀行为。

3.3。1 M氢氧化钠溶液中阳极氧化

粗加工合金的阳极膜形成我氢氧化钠溶液在3 V有一个有效的耐腐蚀7]。图7显示当前density-time瞬态AZ91在阳极氧化和粗加工合金在3 V在1 M氢氧化钠溶液。在第一段阳极氧化,保护粗加工合金的氢氧化镁薄膜提供了对当前一点抵抗力都没有。电流密度下降到最低价值5秒后阳极氧化时间,然后急剧上升,由于镁溶解反应。的电流密度达到最大值,0.3 /厘米²140秒后,阳极氧化时间。当前几乎是稳定的阳极氧化时间的进一步增加,因为静止的解散条件和膜的形成。另一方面,AZ91镁合金的电流密度达到最大值,/ 0.15厘米²阳极氧化时间的260秒后,然后电流密度降低了由于氢氧化镁薄膜的形成。1000秒治疗后电流密度达到稳定值。AZ91的低电流密度是归因于形成高阻抗表面阳极膜。

阳极膜的微观结构对AZ91和粗加工合金如图8(a)。AZ31颗粒粗糙表面微裂隙。然而,AZ91与孔隙结构表面光滑。孔的直径从几微米到超过20m;毛孔似乎都位于外只在涂层的一部分。阳极膜的厚度对AZ91和AZ31是10m和5.0m,分别如图8(b)。

阳极的x射线衍射模式电影1 M氢氧化钠溶液中形成图所示9。Mg和峰出现在两种阳极氧化膜表面。然而,阶段(毫克₁₇艾尔₁₂观察)只有在AZ91镁合金阳极膜。也分别被考虑作为一个主要组成部分在AZ91镁合金阳极膜;以下著名的两个方程显示采用的形成机制:

图10显示了两种合金阳极氧化后的防腐行为1 M氢氧化钠溶液。AZ31和AZ91镁合金的蚀电位和阳极氧化表所示2。阳极氧化膜AZ91有最好的防腐行为相比,阳极氧化膜AZ31和nonanodized标本;这可能是由于采用的形成和相对大量的阶段在AZ91表面和薄膜上形成AZ91标本几乎是两倍厚的粗加工上形成合金。

4所示。结论

(1)这部电影在粗加工形成合金展示了几个潜在的下降。然而,AZ91没有显示这一现象。(2)AZ91镁合金的耐蚀行为比AZ31镁合金由于合金铝含量的增加。(3)AZ91阳极膜的防腐行为比AZ31阳极膜由于采用的形成和毫克₁₇艾尔₁₂和阳极膜厚度的增加。

引用

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