合金元素钇对镁合金腐蚀性能研究

摘要：以Mg-Mn-Y镁合金作为材料，着重研究了Mg-Mn-Y系合金中Y的内在因素和提高该系合金的耐腐蚀性措施。采用金相显微镜、XRD、盐雾试验、极化曲线和扫描电镜，研究了主要合金元素钇对Mg-Mn-Y合金腐蚀性能的影响。

关键词：合金元素钇；Mg-Mn-Y合金；显微组织

镁合金具有许多优良的特性，在航空航天、汽车工业以及电子电器等方面有着广阔的应用前景。但由于长期以来镁合金的冶炼成本较高，强度、抗氧化和耐腐蚀能力较差，难以满足一些结构领域方面的要求。[1]—[2]本文正是基于此种考虑，试图开发或改善出一种在均具有良好耐蚀性的镁合金材料。

1.试验材料及方法

试验用原材料为高纯Mg（99.9%）、Mn（99.9%）和镁钕中间合金及镁钇中间合金。采用合金的挤压成型工艺。

2.试验结果与讨论

2.1.焊接接头显微组织分析

Y对挤压态Mg-Mn-Y系镁合金组织的影响：可见挤压后的组织形貌中晶粒都成细长形状，并且均匀。对比于铸态下的金相组织可以看出挤压后的合金晶粒明显细化，由于在热挤压变形工艺过程中高的挤压温度和变形量促使了再结晶晶粒的形成，对该系合金晶粒的细化作用非常明显。也显示了晶粒大小随稀土含量的增加而逐渐变小的规律。这是由于形成的化合物的数量随着稀土含量的增加而增加，变形过程中形成的化合物能有效的抑制位错的运动和晶界的扩散。Mg-Mn-RE合金显示了热挤压成形工艺明显的强化、细化作用。合金挤压后的金相组织照片，可以观察到，可见随着Y含量的增加，Mg-Mn-RE挤压镁合金的晶粒大小呈下降的趋势。

2.2.焊接接头的物相（XRD）分析

从图中可见挤压后的试样表面层XRD图谱中有相Mg、MgY 、Mn2Y。虽然Y的含量不同但是成分中都有Y的化合物。在XRD图谱上大部分使基体相α-Mg。

2.3. 盐雾试验及腐蚀速率

NaCl溶液中腐蚀时间不同的镁合金表面形成的腐蚀点的形貌特征相同，都是由纵横交错的连通的孔洞组成的蜂窝状的腐蚀坑，存在的区别只是腐蚀的坑的大小和深浅的不同。结合腐蚀的宏观图片可知腐蚀的进行是有选择性的，也就是说腐蚀的发生和发展在试样表面的某些部位更为容易，然后向纵深两个方向发展，最后形成纵横交错的，彼此互相连通的孔洞。镁合金在NaCl溶液中的腐蚀是电化学过程，电极电位很低的镁作为腐蚀电池的阳极优先腐蚀，而合金中的其它元素则作为腐蚀的阴极；合金中的杂质对合金的腐蚀有很大影响；合金中的晶界，位错、杂质的位置，具有较高能量，使其成为腐蚀的敏感部位。从电镜图片可以发现以共晶相中的Mg的腐蚀为主。Mg在中性溶液的这种腐蚀很轻微，所以在中性溶液中的腐蚀速率最低。Mg在中性溶液的这种腐蚀很轻微，所以在中性溶液中的腐蚀速率低。

2.4.极化曲线

镁合金在温度是室温20℃时，在3.5%NaCl+ MgOH过饱和溶液，PH=10.59的溶液中，扫描速度为10mv/s的极化曲线。自腐蚀电位越右，腐蚀倾向越小，自腐蚀电流越大，腐蚀倾向越大，耐腐蚀性越差。

挤压镁合金在电化学腐蚀形貌随浸泡时间的变化，经过腐蚀，挤压镁合金受到严重的腐蚀。在试样表面，产生较大较深的腐蚀坑，同时也存在较浅的腐蚀区，试样表面几乎全部被腐蚀。

2.5. 镁合金腐蚀的原因[3]

2.5.1.由于镁合金电极电位低的缘故，当镁及其合金与其它金属接触时，一般作为阳极发生电偶腐蚀。阴极可以是与镁直接有外部接触的异种金属，也可以是镁合金内部的第二相或杂质相。对于氢过电位较低的金属，作为杂质在合金内部与镁构成腐蚀微电池，导致镁合金发生严重的电偶腐蚀。而那些具有较高氢过电位的金属，对镁合金的腐蚀作用相对较小。镁合金基体与内部第二相形成的这种电偶腐蚀在宏观上表现为全面腐蚀。

2.5.2.NaCl溶液中合金发生腐蚀的原因可能是由于晶界处存在位错、杂质等，所以能量较高，是腐蚀的敏感部位，金属表面的钝化膜在这些位置也比较脆弱。NaCl溶液中的Cl一最容易破坏这些脆弱部位的钝化膜，于此处首先发生腐蚀。当析出相沿晶界连续分布时，晶界便成为阳极活性通道，使腐蚀沿平行于表面的方向向金属内部发展，随着腐蚀时间的增加，腐蚀面积增加，腐蚀程度加重。

3.结论

3.1.稀土元素Y具有明显的细化晶粒的作用。不论是铸态合金或经过挤压工艺处理的Mg-Mn-Y基合金，增加Y元素对合金的细化晶粒作用都非常明显。对于Mg-Mn-Y挤压合金，Y元素的增加使晶粒尺寸明显减小，合金中化合物数量有增加的趋势，化合物沿着挤压方向分布。

3.2.从腐蚀速率得知，60h时不同Y的含量增加对Mg-Mn-Y镁合金耐蚀性有很大提高。Y含量3.179%的腐蚀速率为V=2.96E-5。当Y的含量在1.351%时其耐腐蚀性能是最差的。

3.3.从极化曲线得知：自腐蚀电位越右，腐蚀倾向越小，自腐蚀电流越大，腐蚀倾向越大，耐腐蚀性越差。

参考文献：

[1] 邹宏辉，曾小勤。翟春泉等.镁合金的强韧化进展[J].机械工程材料，2004，28（5）：123.

[2] 张高会，张平则。潘俊德.镁及镁合金的研究现状与进展[J].世界科技研究与发展，2003，1：15-23

[3] 黎前虎，刘祖明。力劲集团镁合金压铸技术（二）.金的表面处理[J].汽车工艺与材料，2003，（3）：5

作者简介：

黄飞（1980- ）男，硕士研究生，东北电力大学工程训练教学中心，助理实验师。研究方向：材料加工