镁的电极电位比铝的电极电位要低,镁在室温下就可以与干燥的空气在表面发生反应生成一层疏松的MgO(比纯Mg的密度低)薄膜,这层氧化镁薄膜在潮湿的环境中就可以迅速转化为Mg(OH)2,这层氢氧化物薄膜可以很好地保护基体,从而阻碍其进一步腐蚀,但此特性只优异于很少的腐蚀氛围下,不能在普遍的环境下。同时,金属镁与其他金属有着完全相反的析氢行为,这是因为镁合金存在着其他金属所不存在的负差效应。在酸性环境中,随着电位的正向移动,Mg的析氢反应是加快的,然而对于大部分的金属来说反而是相反的,电位的正向移动会加快阳极的溶解,同时降低阴极的析氢反应,以此比较,镁合金具有较高的电化学和化学活性特性。这种现象可能与合金与其他元素构成原电池有关,这些元素可以作为阴极相,镁合金作为阳极相,进而形成完整的电化学体系,使得反应速率加快,从而加快了腐蚀。

常规的碳钢缓蚀剂在抑制镁腐蚀中,效果并不显著。例如咪唑啉类缓蚀剂,在存在二氧化碳的介质中,是一种性能极其优良的二氧化碳缓蚀剂,但是其对镁合金的腐蚀抑制效果却不显著;炔氧甲基胺这类硫化氢缓蚀剂,也很难抑制硫化氢对镁及其合金的腐蚀;武汉楚博士科技有限公司开发的席夫碱类酸洗缓蚀剂,由于低毒,无污染,在国内众多钢厂冷轧板酸洗工艺中广泛使用,但是该缓蚀剂依然无法很好地抑制盐酸对镁金属的腐蚀;而曼尼希碱及季铵盐这类酸化缓蚀剂,对碳钢乃至马氏体等合金钢的腐蚀都有很好的抑制效果,但是对镁的缓蚀效果比较差。目前,仅仅找到了在中性环境中对镁有效的缓蚀剂。因此,人们希望对镁进行合金化,来减缓镁的腐蚀。

       在大部分情况下,合金元素对镁合金的腐蚀作用的效果与元素的添加量有关]。当前,将元素添加到镁合金中的方法有两种:单一合金化和复合合金化。

(1)单一合金化元素的影响 

①基础合金元素

       根据合金对其性能的影响,一般所用到的元素有两种类型:加强型元素和减弱型元素。加强型元素如Zn、Al、Mn、Zr等,其中,金属Al能溶于镁基体中,主要作用是影响合金第二相β相的分散状态进而影响组织结构,其中β相对镁合金的腐蚀的影响既可以表现为防止其进一步腐蚀,使合金表面膜更加稳定;又可以作为阴极相,从而加快阳极基体相的腐蚀。金属Zn可以破坏金属表面膜,故Zn的含量会影响其腐蚀性能,其中Zn的含量不易过高,若过高的话会降低其耐蚀性。金属Mn可以增大腐蚀电位,使基体中的第二相β相含量减少,还可与合金中的Fe生成一种可以稳定存在的化合物,从而减弱镁合金的腐蚀性能。金属Zr具有与Zn相似的影响镁合金性能作用的机理,也同样影响合金的腐蚀性能,对耐蚀性能起到促进作用,合金基体中Zr的含量在0.5%-5%时,其细化效果可以达到最好。减弱型元素如Fe、Cu、Ni等,若它们的含量过高,就会严重削弱合金的耐蚀性能,因为它们的电极电势较低,此时镁合金作为阳极,加速了腐蚀,从而降低合金的耐蚀性能,故若想增大合金的溶解性能,可以适当地增加元素Fe、Cu、Ni等的含量,而且这三种元素的影响大小为Ni最大,Fe次之,Cu最小。

②稀土元素

       稀土元素也可以起到强化镁合金的作用,常见的稀土元素有La、Ce、Pr等。这些稀土元素可以与镁相互作用生成共晶体新相,降低第二相β相的含量,达到细化颗粒的作用,提高综合强度。

③碱金属元素

       一些碱金属元素也通常会用于提高镁合金的一些性能,如Be、Ca、Sr等。少量的Be具有减弱氧化的作用,这一优良特性被广泛接受和使用。但是Be元素同样也有粗化镁合金的作用,因此我们应该谨慎使用,防止带来危害。

(2)复合合金化元素的影响

       同单一合金对镁合金影响的作用相类似,复合合金的适量加入也会有效的影响合金的性能。李肖丰等在镁合金中加入Y、Gd或Y+Gd合金元素,结果可得这些元素会阻碍合金的腐蚀,提高合金的耐蚀性能,而且加入适量的混合稀土可以使合金的耐蚀性能达到最好。Takami Ono等在镁合金中添入了适量的La、Nd、Ce后,可以看到合金的腐蚀电位增大了,减弱了合金的腐蚀。王喜峰等向镁合金中加入了适量的Ce和La后,发现腐蚀电位发生了正移,同时腐蚀电流密度和腐蚀速率均降低,改善了镁合金的性能。

       电化学腐蚀不同于化学腐蚀,它在腐蚀过程中会有电流产生,这种腐蚀在人们生活中随处可见。例如,航空航天、汽车、石油管道等在潮湿的环境和各种电解质溶液中的腐蚀,这些普遍存在的腐蚀都属于电化学腐蚀。

一般条件下,腐蚀速率的大小还与外界因素有关,如电压、电流等。根据差数效应Δ=|I0|-|IH| 其中I0:无外加电流下的析氢速度,IH:外加电流下的析氢速度,当差数效应大于零时,称为正差数效应;相反则称为负差数效应,这种效应体现在阳极反应速率增大、而阴极反应速率减小这两种极端条件趋势下,镁及镁合金的大都属于这一种腐蚀类型。

电化学噪声研究缓蚀剂的缓蚀性能
缓蚀剂对微生物腐蚀的抑制

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镁及合金的腐蚀与缓蚀剂

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