在盐雾环境变化对AE44镁合金的腐蚀机制

文摘

腐蚀是如何影响镁合金的理解是非常重要的,因为汽车和航空航天工业已经成为感兴趣这些轻量级合金的使用。然而,标准化的盐雾测试不能产生足够的腐蚀结果与现场数据相比,由于缺少多重曝光环境。本研究探讨四个测试组合通过三套周期来确定点蚀的腐蚀机制,晶间腐蚀,一般腐蚀受到环境的影响。的四个测试组合,Humidity-Drying最少的腐蚀性,而最腐蚀性测试条件是盐Spray-Humidity-Drying。腐蚀性测试条件的差异是由于不同的反应需要引起腐蚀,包括氯离子的存在导致坑成核,湿度的存在引起电化学腐蚀,和干燥阶段困下氯离子腐蚀的副产品。

1。介绍

寻找轻量级的解决方案在汽车和航空航天工业创造了兴趣使用轻质金属合金(1,2]。对镁合金的兴趣增加了由于低密度、高机械刚度。然而,当铝或钢相比,镁腐蚀速率较高。此外,镁合金腐蚀容易的海水,由于高电化学势如电系列(3]。因为这些腐蚀问题,镁是目前用于位置不暴露在环境中,如汽车座椅和内部电子盒(4,5]。处理海水腐蚀,镁合金目前正在开发,目的是减少腐蚀(4]。因此,这些镁合金的腐蚀机制仍然必须确定。

腐蚀测试通常是利用海水和执行两种技术:浸或盐雾在内阁。ASTM G-31细节标准开发基于浸腐蚀测试,而ASTM b - 117细节标准为根据盐雾腐蚀测试开发(6,7]。同时,盐雾标准修改执行其他实验,如盐雾酸化,海水酸化,和二氧化硫喷射,没有周期性的盐雾测试标准不涉及删除盐,只有酸化的解决方案(8]。需要检查循环盐雾测试出现了,因为连续盐雾不充分复制铝合金的腐蚀暴露在海洋环境也不充分复制数据从腐蚀实地测试9,10]。相反,引擎摇篮暴露在许多不同的环境因素,使腐蚀环境难以预测(11]。因为许多不同的材料的一个引擎块可能遇到,如除冰盐、泥土、和冷凝,重要的是测试许多不同的环境(11]。公司设计了自己的周期性测试,其中包括一个“污染”阶段和湿或干燥阶段(10]。然而,这些测试都相同,不同浓度的盐腐蚀阶段,不同程度的温度和湿度,不同长度的时间10]。尽管每个测试提供了金属的腐蚀信息,腐蚀机制不能相比,只有最后的腐蚀效果。其他研究盐腐蚀的镁的影响没有标准化潮湿的温度或长度/干燥条件(12]。相反,这个循环是标准化两个小时和盐雾的长度和潮湿/干燥条件改变(12]。由于本研究的最终目标是开发一个模型,解释了坑成核、生长、聚结,环境影响必须标准化对盐浓度、湿度、温度和周期长度。特定的这项研究的目标是确定最具破坏性的测试周期使用标准化的环境影响的组合暴露镁会遇到,比如水盐雾,湿度和干燥。减肥,厚度损失和stereological效果测定四个环境组合铸的AE44毫克(4.69%铝、2.56%铯(稀土),镁91.49%)。

2。材料和方法

2.1。测试

36 AE44优惠券(2.54厘米2.54厘米不同厚度)从一个应用基引擎提供的摇篮子午线技术使用立式带锯(MSC工业供应公司,哥伦布,MS)。优惠券的表面是不及时治疗,来测试对一个铸态AE44镁合金腐蚀的影响。Q-Fog有条件现金援助(Q-Panel实验室产品,克利夫兰,OH)被用来循环三个阶段,包括干燥空气吹扫,100%湿度使用蒸馏水和3.5 wt。%生理盐水喷雾,。四个测试条件结合运行至少两个阶段。跑了两个小时的三个测试条件每周期和六个小时总由Humidity-Drying (HD),盐Spray-Humidity (SH)和盐和喷雾干燥(SD)。第四个测试条件跑了三个小时每周期和9个小时总由盐Spray-Humidity-Drying(梅毒性心脏病)。九个优惠券,挂在水平支撑架所推荐的ASTM b - 117,使用每个测试条件的删除三个优惠券每个周期后,总共三个周期。切除后每个周期后的优惠券,优惠券在蒸馏水冲洗以去除多余的盐和腐蚀的副产品,很容易移除,然后晒干。之间的分析,优惠券是存储在一个干燥器,以确保不再发生表面反应。

2.2。分析

每个测试周期后,优惠券使用光学显微镜和激光轮廓测定法进行了分析。优惠券是重测试前,测试周期后,在两个不同的尺度和平均。四个厚度测量每个样品被测试之前还是之后。因为优惠券从一个引擎摇篮,优惠券的厚度不同的从一边到另一边,平均意义是基于四个测量每张优惠券。

光学显微镜,倒置光被用来获取多个图像产生的表面在5放大和10放大(Axiovert 200席,卡尔蔡司成像解决方案,Thornwood,纽约)。5放大图像相结合,分析了使用ImageAnalyzer密西西比州立大学提供的(v . 2.1 2)来确定数量的坑,坑的表面积,最近邻半径,以及晶间腐蚀面积分数,获得数据发展的腐蚀模型没有详细的摘要,但以前了Horstemeyer et al。13]。10放大用于文档的变化在三个周期。用来扫描激光轮廓测量1毫米1毫米的区域在每个优惠券后每个测试周期(表面光度仪CLI 2000年,泰勒霍布森精密有限公司,莱斯特,英国)。由此产生的2 d和3 d图像被用来文档的变化表面由于不同的测试条件(Talymap普遍,v 3.18,泰勒霍布森精密有限公司,莱斯特,英国)。

3所示。结果

图1显示了每个测试条件的平均厚度/测试周期。Humidity-Drying (HD)测试条件,起到了控制,显示最少的优惠券的厚度的变化。盐Spray-Humidity (SH)测试条件还显示很少优惠券的厚度的变化周期,但显示更多损失厚度比高清测试条件。盐Spray-Humidity-Drying(梅毒性心脏病)最初测试条件显示厚度损失比高清测试条件但小于SH测试条件。周期3后,然而,梅毒性心脏病测试条件厚度损失超过SH测试条件引起的。测试条件,导致厚度损失最大的是盐和喷雾干燥(SD)选项,这是腐蚀性通过三个周期比其他三个测试条件。

图2显示了每个测试条件的平均体重/测试周期。高清测试条件造成最少的减肥three-cycle运行期间。SH测试条件看见一个初始体重下降后第一个周期,之前没有见过减肥后第三个周期。梅毒性心脏病测试条件最初看到增加重量第一个周期后,之前几乎线性减少体重后第二个和第三个周期。最激烈的减肥是观察SD测试条件,损失总计4.5毫克三周期运行。

图3显示了坑数密度,或坑形成的数量,每个测试周期为每个测试条件。高清测试条件有最少数量的坑形成的整个周期,周期3后,虽然有更多高清表面坑比SD和梅毒性心脏病的测试条件。SH测试条件最初有最少的坑形成周期1和2后,甚至不到高清测试条件。周期3后,然而,SH测试条件有更多坑表面上比任何其他三个测试条件。SD测试条件显示增加坑后形成周期2,而周期3看到减少由于坑聚结。最重要的坑的形成与梅毒性心脏病观察测试条件,就像最显著的减少坑数量由于聚结。请注意,为了充分看到底部的点的图,图的第二个图3是一个放大部分接近吗设在,排除了梅毒性心脏病SH循环周期1点和3点。这些变化并不影响的趋势,但影响y设在,必要看到发生了轻微的变化,接近于零。

图4显示了坑面积,或者坑的发展随着时间的推移,在每个测试周期为每个测试条件。高清测试条件显示在坑面积逐渐增加三个周期测试,虽然坑了无法生长周期1和2之间。SH测试条件还显示在坑面积逐渐增加三个周期测试,虽然坑的表面积小于最大的值SD和梅毒性心脏病测试条件。SD测试条件显示增加坑周期1和2之间的面积,同时减少观察周期2和3之间。梅毒性心脏病测试条件显示最高的坑面积周期1后,大幅减少2周期后,与类似的价值周期3周期相比2。梅毒性心脏病的表面积减少坑测试条件是非常相似的最后周期SD测试条件,这两个不到SH和高清测试条件。

图5显示了最近邻距离,或者坑之间的距离的变化随着坑的成长,在每个测试周期为每个测试条件。高清测试条件呈逐渐下降趋势的最近邻距离在三个周期。SH测试条件还显示在最近邻距离减少三个周期测试,尽管减少远远大于其他三个测试条件。SD测试条件显示最初的下降周期1和2之间最近邻距离,同时增加周期2和3之间。梅毒性心脏病测试条件显示最低的最近邻距离后周期1,周期后与最近邻距离的增加,其次是减少周期3。梅毒性心脏病的最近邻距离的值测试条件后周期3非常类似于SD测试条件的最终值,这两个是大于SH和高清测试条件。

图6显示了晶间腐蚀面积分数,或改变表面坑合并,之后每个测试周期为每个测试条件。高清测试条件显示在晶间腐蚀面积分数逐渐增加的三个周期。SH测试条件还显示在晶间腐蚀面积分数增加三个循环测试。SD测试条件显示在晶间腐蚀面积分数增加三个周期测试,近乎平行的趋势的高清测试条件。梅毒性心脏病测试条件显示减少晶间腐蚀面积分数在三个周期测试,初始值,高于HD的结束晶间腐蚀面积分数和SH测试条件和几乎等于结束值的SD测试条件。梅毒性心脏病的最终值测试条件几乎是等于一开始SH测试条件和价值低于其他两个测试条件。

图7展示了三维激光轮廓测量扫描三个周期后的优惠券的四个测试条件。看三维激光轮廓测量扫描时,可以观察到,最初发生的腐蚀基于颜色的礼物。红军,橙子,和黄色存在,表面没有严重腐蚀,而绿色和蓝色表示腐蚀,由于材料的去除。观察周期1列,一个可以看到高清表面腐蚀表面,而梅毒性心脏病最腐蚀表面表面,根据红色和蓝色的结合。作为一个动作周期2列,增加蓝色和红色的减少可以看到四个行,再一次证明了梅毒性心脏病最腐蚀表面表面和腐蚀表面是高清的表面。最后,正如一个到达周期3列,晶间腐蚀几乎完全消失在梅毒性心脏病测试条件,证明了几乎完全缺乏黄色和红色的山峰。其他三个表面还出现晶间腐蚀、晶间腐蚀最严重的表面是SD,而高清表面仍然是最不腐蚀表面。

图8显示了二维激光轮廓测量扫描三个周期后的优惠券的四个测试条件。与三维激光轮廓测量扫描,一个可以观察到腐蚀最初发生基于颜色出现在2 d扫描。红军,橙子,和黄色存在,表面没有严重腐蚀,而绿色和蓝色表示腐蚀,由于材料的去除。观察周期1列,一个可以看到高清表面腐蚀表面,而梅毒性心脏病最腐蚀表面表面,根据红色和蓝色的结合。黑暗的蓝色斑点SH, SD,梅毒性心脏病表示第一次接触后形成的坑。一个可以看到多个坑出现在梅毒性心脏病表面比其他三个表面。作为一个移动的周期2列,蓝色的增加,尤其是在梅毒性心脏病表面,表示更坑的形成,以及坑聚结。最后,循环3显示,晶间腐蚀增加,坑合并和增加在蓝色和绿色。大量的蓝色和绿色表示,梅毒性心脏病表面表面被严重腐蚀和占主导地位的腐蚀机理一般腐蚀、点蚀、晶间腐蚀。

图9显示了显微图在10倍放大。请注意,1000比例尺表示米表面,这是相同的尺寸激光轮廓测量扫描。作为一个周期1列中可以看到,最严重的表面显示的“黑点”,SD和梅毒性心脏病的表面。最少的腐蚀表面SH和高清的表面。周期2后,“黑点”的存在降低了梅毒性心脏病表面,而在SD表面增加“黑点”。最后,循环3显示增加高清表面“黑点”。晶间腐蚀的增加也是周期3中所示,所表示的“形状”的形成由于坑聚结。

4所示。讨论

数据1和2优惠券的平均损失,厚度和重量,分别似乎表明最腐蚀盐雾的方法是盐和喷雾干燥(SD)循环,导致厚度损失和减肥。然而,厚度和减肥只是文档的一般腐蚀镁合金优惠券。而通用腐蚀是一种腐蚀机理,另外两个腐蚀机制,点蚀、晶间腐蚀,也发生在AE44 Mg优惠券。使用厚度损失和减肥是唯一确定腐蚀排除点蚀的影响,它只会导致一个非常小的减肥(14]。因为让消极地影响整个结构,但只有局部浓度诱导应力路径和/或损害,必须使用不同的技术来确定真正的四个测试条件的影响。

数据3- - - - - -6以图形方式显示的影响使镁优惠券,而图7- - - - - -9生动地显示这些点蚀的影响。当一个人看着这些数字,可以看到坑的初始形成的三个表面暴露在盐雾,而几个坑上形成Humidity-Drying (HD)表面。点蚀是由氯离子氯化钠溶于水。这些氯离子催化过程的一部分,这有助于继续增长的坑14]。湿度提供水,这是必要的启动溶解的金属的阴极反应14]。此外,湿度提供了额外的氢必要继续点蚀反应。最后,湿度也会去除腐蚀产物的累积产生的坑的形成。湿度的存在解释了为什么一些腐蚀在场高清优惠券和为什么腐蚀继续盐Spray-Humidity (SH)和盐Spray-Humidity-Drying(梅毒性心脏病)优惠券。样品干燥时,表面腐蚀的循环停止,氢不再是礼物。然而,坑,坑周围的腐蚀产物的积累,有可能被困水中,让坑增长和聚结。被困水解释了为什么有更多坑后循环2在SD优惠券。

控制反应系列高清测试条件。图3显示一些坑表面存在周期后1。然而,这些坑可能铸造毛孔,没有盐提供必要的氯离子发起坑的形成。坑面积没有变化之间的三个周期,进一步确认这些是铸造毛孔并不是真的坑(图4)。如果坑高清优惠券上形成真正的坑,这些应该随着时间的推移而增长。然而,如果这些“坑”铸造毛孔,然后就没有增长,因为不会有反应继续坑的成核和增长。有一些减少最近邻距离(图5),但这也可能是导致晶间腐蚀的增加,如图6。湿度为电化学腐蚀提供了水和共晶阶段之间的镁粒(15,16]。可以看到晶间腐蚀,当观察数据的变化7- - - - - -9。数据7和8显示绿色和蓝色的峰值的增加,晶间腐蚀去除共晶相,而红色和橙色的颜色是减少下降到一般腐蚀去除峰值。图9进一步证实了这一趋势,晶间腐蚀,或暗灰色地带,是增加,顶面,白色周期2所示,也降低了。高清的全面腐蚀电位与这些实验测试条件不确定,只有三个周期,或六个小时,进行。

看数据3- - - - - -5,一个可以看到SH测试条件最坑形成周期3后,尽管这个测试条件最少的坑形成周期1(图3)。因为有那么几个坑表面周期1后,几乎没有覆盖的表面积,虽然坑表面积增加后剩下的两个周期(图4)。最近邻距离也减少了每个周期后,随着坑面积的增加,这意味着坑(图越来越近,在一起5)。除了最近邻距离,晶间腐蚀面积分数也增加(图6)。表面的低数量的坑坑开始可能造成困难。然而,一旦坑并开始生长,盐雾继续提供必要的氯离子的反应。湿度的存在使得坑长并鼓励电反应,这会增加晶间腐蚀面积分数(15,16]。盐雾和湿度提升点蚀、晶间腐蚀,可以看到当检查数据7和8。可以看到一些让2 d表面周期1,而更多的点蚀发生后周期3(图8)。晶间腐蚀的存在可以更清楚地看到3 d表面,随着越来越多的红色山峰存在周期3周期相比1后,表明山峰之间的区域被移除。图9、光学显微图显示了从低周期1点蚀高周期3点蚀,如图所示的黑点。光学显微图还显示从低晶间腐蚀周期1高晶间腐蚀周期3,如图所示,增加在黑暗的存在连接在左上角“行”。占主导地位的腐蚀机理是晶间腐蚀和点蚀的组合。因为这些实验进行了三个周期,或者6个小时,没有观察到转向全面腐蚀。

SD测试条件显示增加的数量坑2周期后,在坑的数量下降后周期3(图3)。同样的趋势中可以观察到的表面积坑(图4)。坑,坑的表面积可能增加,因为氯离子被困在腐蚀副产品循环1后,干腐蚀的副产品。第二个循环后,暴露了优惠券的3.5%氯化钠溶液,腐蚀的副产品被移除,这使得坑长(增加表面积)和继续成核(坑数密度增加)。最近邻距离减少周期2因为有更多的坑之后,更大的坑(图5)。周期3后,然而,表面积的坑,坑的数量减少,而晶间腐蚀面积分数增加(图6)。这些变化发生,因为水在3.5%氯化钠水溶液允许发生电化学腐蚀,产生晶间腐蚀之间的共晶阶段和Mg谷物(15,16]。如果一个人看数据8和9坑数密度的变化,可以看到晶间腐蚀。很少有蓝色斑点图9周期1,蓝色斑点已成为多周期3后,坑之间的晶间腐蚀去除材料。红色和橙色的山峰,多周期2后,也被reduced-an表明全面腐蚀已经开始发生在这些优惠券。最后,光学显微镜图像显示逐渐从点蚀、晶间腐蚀一般腐蚀。后循环1,点蚀是主导,黑点,而2周期后,晶间腐蚀和点蚀都发生。晶间腐蚀周期3后仍然存在,如图所示的深灰色斑点中心的形象,而一般腐蚀后消除了一些亮斑的存在周期2。然而,由于这些实验进行了三个周期,或六个小时,全部转向全面腐蚀并没有观察到。

最后,一个可以看到梅毒性心脏病测试条件最坑形成周期1(图3)。坑的面积是周期1(图最高的4),而最近邻距离增加每个周期后(图5)。表面的坑,坑的表面积覆盖也会高,而最近邻距离小,自从坑被覆盖整个表面。大量的初始坑可能是因为盐的存在,发起坑成核。湿度的存在都允许坑的自催化反应持续增长,以及腐蚀引起的电反应(图6)[15,16]。然而,盐和湿度的存在并不能解释坑数密度的减少,坑面积,或晶间腐蚀面积分数,后循环1。必须看而不是用激光术(数字图像7和8)和光学显微镜(图9)。作为一个可以观察到表面峰值变化当比较周期1,周期3。红色和橙色的颜色,显示高度,减少每个周期之间,而蓝色和绿色,表明深度,增加。周期1后,梅毒性心脏病的主要腐蚀机理周期从斑转向全面腐蚀。当检查图,进一步证实了这个开关9。黑暗区域指示坑了周期3后,尤其是当相比,循环后的光学显微照片1。因为这些实验只经历了三个周期,还有待观察发生后9个小时的反应时间。

5。结论

这项研究涵盖了四个循环盐雾环境腐蚀性的影响在一个铸的AE44镁合金。一些明确的结论有关表面腐蚀,特别是对点状腐蚀、晶间腐蚀,可以从这个研究。

(我)盐和喷雾干燥周期是最腐蚀周期根据重量和厚度损失,但点状腐蚀机制下考试更低的盐和喷雾干燥周期比盐Spray-Humidity-Drying。(2)盐Spray-Humidity-Drying周期是最腐蚀周期数最高的坑,坑面积最大在最初接触后环境。(3)全面腐蚀迅速“抓住”点状腐蚀盐Spray-Humidity-Drying周期,导致表面切除AE44毫克。(iv)周期,坑的数密度和坑区域类似的趋势,而最近邻距离跟着类似的趋势,但逆相关坑的数密度和坑区。

确认

金融支持先进的车载系统中心的密西西比州立大学(骑士)。子午线的支持技术,提供AE44毫克引擎摇篮,深深感激。这项工作也是由美国能源部和国家能源技术实验室奖。DE-FC26-02OR22910。本文制备的工作由美国政府的一个机构。美国政府或任何机构,也没有任何的员工,使任何保证,表示或暗示,或承担任何法律责任或责任的准确性,完整性,或任何信息的有用性,设备,产品,过程披露或代表,它的使用不会侵犯私有权利。此处引用到任何特定的商业产品、过程或服务的贸易名称、商标、制造商,或者不一定构成或暗示其背书,建议,或由美国支持的政府或任何机构。文中作者的观点和意见表达不一定状态或反映美国政府或任何机构。这种支持不构成背书的能源部工作或所表达的意见。

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