文摘

对镁合金建筑材料在本研究中由于其天然免疫在碱性腐蚀混凝土孔隙溶液。但是,氯离子攻击往往阻碍了大部分金属的应用。因此,有必要进行初步腐蚀评价和试图找到一个有效的方法来抵抗混凝土孔隙溶液中氯离子的袭击。在我们的研究中,热液治疗进行修改mg - 9.3 wt。%铝合金。在氢氧化钠溶液处理后10 h,扫描电子显微镜(SEM)显示,一层致密的涂层厚度约5μm是镁合金上形成。能量色散x射线能谱(EDS)、x射线光电子能谱(XPS)、x射线衍射(XRD)分析涂层相结合,从而证实,涂层主要由Mg(哦)2。正如所料,浸泡试验和电化学腐蚀试验表明,该涂层镁合金具有更好的耐蚀性比裸在模拟混凝土孔隙溶液和无氯离子。总之,它表明,热液治疗是一个可行的方法来提高Mg的耐腐蚀合金用于建筑工程从腐蚀的角度科学。

1。介绍

快速腐蚀水解决方案总是阻碍了镁合金的应用在汽车,航空航天,电子行业,和生物医学领域1- - - - - -6]。如今,轻型结构的概念和设备提出了克服能源和资源短缺的在我们的社会的发展7- - - - - -9]。因此,镁合金作为最轻的结构材料之一在未来仍然非常有前途的行业。混凝土是土木工程中最重要的建筑材料之一,通常,它总是加强对贫困人口改善其钢筋抗拉强度(10]。虽然比其他金属钢有许多优势,但它总是预期基于节能的考虑,将会有一个更轻的钢筋全部或部分取代钢筋。竹子密度比钢更低,已试图近几年土木工程。但是,昆虫和真菌的攻击,萎缩,和肿胀是大缺点11,12]。铝合金也被视为替代钢钢筋混凝土由于其低密度和无腐蚀性的特点,但是他们的原生氧化涂层将在酸性或碱性环境变得不稳定,导致铝合金酒吧容易腐蚀的混凝土结构在碱性环境中(13]。镁的密度只有三分之二的铝和四分之一的铁和镁的比强度高于铁或铝14]。显然,它可能试图为钢筋选择镁合金在一些低负荷轴承根据加强统治的钢筋混凝土结构。此外,Mg-H2阿图告诉镁具有良好的免疫行为在碱性水溶液环境中(15,16]。因此,它可以预测,镁及其合金可以生存在那些碱性混凝土孔隙的解决方案。此外,镁是一个最丰富的元素在地壳和海洋17,18]。因此,似乎是重要的进行初步调查在建筑环境中镁合金的腐蚀行为。

众所周知,chloride-induced腐蚀的钢筋是一种最常见的钢筋混凝土结构的破坏现象,特别是在沿海海洋环境(19,20.]。因此,镁合金时必须仔细考虑为这些新提出了在建筑工程中的应用。现在,合金和表面处理是两种主要的方法来提高镁合金的耐蚀性,而后者是更经济14,21]。通常,一个表面势垒层可以隔离外部环境的散装材料,以避免腐蚀。然而,镁是一个非常活跃的金属电位序时诱导原电池腐蚀电接触与其他导电材料在相同的电解液(22,23]。根据电化学腐蚀理论,如果缺陷如气孔和裂纹发生在这些导电涂料,会发生电化学腐蚀时,电解液达到镀层和基体之间的界面通过这些缺陷(22,23]。在一般情况下,绝缘材料中最喜欢的那些涂料Mg合金的腐蚀保护。

近年来,热液治疗一直试图准备毫克(哦)2或层状双氢氧化物(LDH)涂层对改善镁合金耐蚀性在氯化钠溶液(24- - - - - -27]。在我们的研究中,这种方法被选为Mg-Al合金的表面处理和治疗后的腐蚀行为研究在模拟混凝土孔隙与氯离子的解决方案。

2。材料和方法

铸的mg - 9.3 wt。%合金被用于衬底材料在这个调查,样本切成 碎片。样品被1200 #砂纸机械地面然后抛光2O3粘贴。接下来,他们在乙醇超声清洗5分钟前和干热液治疗。每个样本的底部铺设25毫升Teflon-lined高压釜10毫升的1 M氢氧化钠溶液。高压灭菌器密封后,加热到120°C 10 h在烤箱。最后,采集标本,用去离子水和乙醇中,然后在室温下自然干燥的空气。

场发射扫描电子显微镜(FESEM,玛雅3乔治·梅森大学,TESCAN,捷克)进行观察合金的微观结构,表面形态和截面形态的样品处理。能量色散x射线能谱仪(EDS,英国牛津仪器)是用于分析的元素分布处理样品。x射线光电子能谱(XPS,φ- 5000 Versa探针三世,ULVAC-PHI,日本)也获得进行表面处理后样品的化学成分。x射线衍射(XRD、D8推进、力量、德国)进行特征处理和未经处理的样品的相组成。在这里,一个事件1°角采用XRD实验的样本。

饱和Ca(哦)2解决方案是用来模拟混凝土孔隙溶液在这项研究中,为了研究氯离子在耐蚀性的影响,饱和Ca(哦)2解决方案是通过3.5 wt进一步稀释。%氯化钠溶液体积比为1:1。电化学腐蚀测试是进行CHI660E电化学工作站,和样品的表面积 被暴露在200毫升的模拟混凝土孔隙溶液。这里,可能是引用饱和甘汞电极(SCE)和反电极铂表。浸泡30分钟后,电化学阻抗谱(EIS)收集从100千赫至100兆赫5 mV正弦扰动信号在开路电位。EIS后Potentiodynamic极化曲线测试记录从-1.8 V的扫描速度为0 V 1.0 mV·s1。所有的电化学测量重复三次,以确保再现性。此外,还进行了一个浸泡试验进一步评估模拟混凝土孔隙溶液中的腐蚀行为。浸泡24小时后,采集标本,与水和乙醇清洗,在空气中自然干燥。然后,表面形态被扫描电子显微镜(SEM)观察。

3所示。结果与讨论

mg - 9.3 wt。%合金由Mg矩阵和第二阶段,和图1显示了其微观结构。图2展品的宏观尺度和微尺度表面形态处理样品。图的插图2(一个)告诉的外观区别治疗和治疗Mg合金。有人指出治疗后的样品表面变成棕色,这意味着水热过程中已经改变了镁合金的表面。如图2(一个),表面看起来光滑时,扫描电镜下观察到较低的放大。有趣的是,这进一步显示更高的放大倍数下,hydrothermally-modified表面被microsheets覆盖,这显然是如图2 (b)。图3显示了处理样品的横截面。一层致密的涂层显然是如图3(一个),其厚度约为5μm。数据3 (b)- - - - - -3 (d)给出了EDS截面元素相应的站点地图。结合SEM图像和EDS元素的地图,它是确定元素的涂料主要由O和毫克。


图1
在这项研究中使用的Mg合金微观结构。
(一)
(一)
(b)
(b)
图2
处理过的镁合金表面形态:(a)降低放大和(b)更高的放大倍数。插图显示的外观区别治疗和治疗样本。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
截面hydrothermally-treated示例:(一)SEM图像和相应(罪犯)EDS元素地图。

图4显示了XPS测量光谱,热液的顶部涂层。在光谱中,它可以发现,它主要由元素Mg和O,这与EDS分析的结果是一致的。根据光谱,它可以进一步获得原子O Mg的比率约为2.58。这里,氧气的存在可能是由于金属和合金表面氧化和外源污染的不可避免的存在28,29日]。图5介绍了x射线衍射模式的hydrothermally-treated镁合金,这里的模式提供的未经处理的样品供参考。在未经处理的样品的曲线,它展现了峰值对应于Mg矩阵和第二阶段(Al12毫克17)。因此,它可以很容易地通过比较证实,涂层主要由Mg(哦)2。


图4
XPS测量光谱的热液涂层。

图5
x射线衍射模式的样本。

图6显示样品的奈奎斯特图在不同的解决方案,和插图使放大曲线的样品沉浸在Cl- - - - - -包含解决方案。基于EIS理论,极化电阻可以由以下公式: 。在这里, 极化电阻, 表示零频阻抗 代表了溶液电阻(30.]。为了执行一个快速评估的耐蚀性,采用一个简化的方式,频率最低的阻力在我们调查是用来替代极化电阻。如图6,可以发现,饱和Ca (OH)的耐蚀性2解决方案是高于Ca(哦)2由3.5 wt溶液稀释。%氯化钠溶液。热液处理后,耐蚀性显著提高在两种测试解决方案。图7介绍了极化曲线的样品相应的解决方案。腐蚀电位和腐蚀电流密度是来自阴极塔费尔地区推断,和他们的数据如表所示1。裸的镁合金,它有一个更高的模拟混凝土孔隙溶液中腐蚀电流密度与Cl- - - - - -比模拟混凝土孔隙溶液没有Cl- - - - - -。众所周知,较高的腐蚀电流密度意味着较低的耐蚀性。涂层后,镁合金的耐腐蚀性能与Cl显著改进的解决方案- - - - - -或者一个没有Cl- - - - - -。在解决方案和Cl- - - - - -,涂层合金的耐腐蚀性能接近裸一个模拟混凝土孔隙溶液中没有Cl- - - - - -。此外,裸露的样品相比,涂一个没有一个明显的转变潜力调查与氯溶液中阳极极化区域- - - - - -。总的来说,结果表明,热液涂层镁合金具有保护作用体现的更低的腐蚀电流密度和更高的过渡的潜力。


图6
尼奎斯特图的样品在不同的解决方案。

图7
Potentiodynamic极化曲线的样品在不同的解决方案。
表1
从极化曲线腐蚀电位和腐蚀电流密度决定。

图8显示了样品的表面形态后,沉浸在模拟混凝土孔隙的解决方案添加钠氯化物24 h。正如上面提到的,解决方案是由饱和Ca (OH)的混合物2解决方案和3.5 wt。%氯化钠溶液体积比为1:1。从扫描电镜图像,它可以清楚地看到裸露的样品的表面腐蚀,而涂层仍保持完整的观察下甚至更高的放大倍数。显然,浸泡试验的结果是根据电化学腐蚀试验,表明水热涂层可以保护镁合金基体在Cl- - - - - -包含模拟混凝土孔隙的解决方案。

(一)
(一)
(b)
(b)
图8
(a)裸的SEM图像样本后浸泡24小时。(b)涂层样品的扫描电镜图像后浸泡24小时。

对镁合金建筑材料在这项研究中,和模拟混凝土孔隙中的耐蚀性解决方案已初步调查。我们所知,很少有对镁合金的腐蚀行为研究在模拟混凝土孔隙的解决方案。正如预期的那样,Mg合金用于这项研究有很好的耐腐蚀性能在模拟混凝土孔隙解决方案由于碱度的解决方案。但是,当氯离子被添加到模拟混凝土孔隙的解决方案,Mg合金的腐蚀行为有显著改变。幸运的是,水热过程可以产生一层致密合金涂层毫克的氯离子攻击的缺陷。众所周知,缺陷形成或多或少的涂料在涂料制备或服务的阶段,和电化学腐蚀的发生将是致命的涂层/基体系统是否导电涂层。在这里,热液涂层主要由Mg(哦)2,相对于其它金属或导电陶瓷涂料,它可以有效地避免电化学腐蚀。此外,本研究中使用的热水溶液非常简单,这使它成为一个简单、经济处理的镁合金在建筑工程中的应用。

4所示。结论

在这项研究中,一层致密涂层是mg - 9.3 wt成功地准备。%铝合金的热液治疗。扫描电镜揭示,涂层的厚度约为5μ米,顶部的涂层被microsheets覆盖。它是由XRD的结果,EDS和XPS的涂料主要由Mg(哦)2。由于热液涂层的微观结构紧凑,镁合金的耐蚀性显著提高热液治疗后模拟混凝土孔隙溶液中有和没有添加氯离子。总之,这种简单的方法提供了一种可行的方法来提高镁合金的耐腐蚀性能在未来建筑工程。

数据可用性

答:是的。备注:在这项研究中使用的数据可从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

支持的工作是中央大学的基础研究基金(批准号2017 b05914),中国国家自然科学基金(批准号51971088),南京科技创新项目选择归侨学者,和中国江苏专任教授研究基金会资助。