性能優(yōu)異，可惜美中不足的鎂合金

    鎂合金被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”，其具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、電磁屏蔽性能好、導(dǎo)熱性能好、減震性能高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是，鎂合金標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低，化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易在介質(zhì)環(huán)境中發(fā)生腐蝕破壞（尤其是應(yīng)力腐蝕開裂），嚴(yán)重影響了其工業(yè)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化。

    困難重重的鎂合金應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理探索

    鎂合金構(gòu)件在使用過程中，不僅常暴露于外界介質(zhì)環(huán)境下，還往往受到一定的外加應(yīng)力作用，這使得鎂合金極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。同時(shí)，由于鎂合金的化學(xué)電極電位較一般金屬低，極易發(fā)生電偶腐蝕，因此其應(yīng)力腐蝕開裂往往伴隨著其它的腐蝕形式，這使得對(duì)鎂合金的應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理的認(rèn)知尤為困難。

    近些年來，有關(guān)鎂合金應(yīng)力腐蝕開裂的機(jī)制研究取得一定進(jìn)展。但由于SCC過程復(fù)雜且影響因素眾多，有關(guān)鎂合金應(yīng)力腐蝕開裂的機(jī)制尚難達(dá)成一致認(rèn)識(shí)，其中得到較多學(xué)者認(rèn)同的有陽極溶解-應(yīng)力作用機(jī)制和氫致脆化-應(yīng)力作用機(jī)制。

    陽極溶解-應(yīng)力作用

    1具體作用過程

    鎂合金應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生往往包括電化學(xué)、應(yīng)力導(dǎo)致的膜層破裂的過程，形成“大陰極、小陽極”的狀態(tài)，從而產(chǎn)生很高的瞬時(shí)電流密度。腐蝕的過程從撕裂的薄膜的滑移臺(tái)階開始，進(jìn)而會(huì)誘發(fā)基面位錯(cuò)以及位錯(cuò)面上點(diǎn)蝕的形成。表面膜由于點(diǎn)蝕作用被穿透，陽極溶解就會(huì)加速進(jìn)行，蝕孔中間的材料發(fā)生韌性斷裂。同時(shí)韌性斷裂的金屬材料會(huì)誘發(fā)新的位錯(cuò)，從而促使開裂尖端的進(jìn)一步溶解。鎂合金內(nèi)部的殘余應(yīng)力導(dǎo)致基面滑移，劇烈的電化學(xué)腐蝕作用極易使蝕孔產(chǎn)生裂紋形核，外加應(yīng)力的作用促使裂紋擴(kuò)展。

    2部分專家學(xué)者研究結(jié)果

    Meifeng He等研究認(rèn)為，在鎂合金表面形成多層Mg-Al金屬間化合物膜層，在快速冷卻過程中，由于膜層與基體的熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致膜層裂紋產(chǎn)生，降低其耐蝕性。

    A.N. Chamos等認(rèn)為，由于腐蝕的作用，AZ31鎂合金表面形成點(diǎn)蝕，產(chǎn)生應(yīng)力集中，促使裂紋的產(chǎn)生及長大。

    氫致脆化-應(yīng)力作用

    1具體作用過程

    在腐蝕電化學(xué)中，鎂合金會(huì)發(fā)生析氫腐蝕，基體在應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生氫濃度梯度，并在開裂尖端處富集。在較低的應(yīng)變速率下，一旦氫濃度達(dá)到臨界值，氫化物就會(huì)在開裂尖端沉淀，誘發(fā)脆變。大多數(shù)研究表明，氫元素的擴(kuò)散促成了材料的脆化。氫元素往往聚集于材料的缺陷處，造成了材料基體原子鍵的削弱，同時(shí)氫易在第二相處形成氫化物，在外加應(yīng)力的作用下容易發(fā)生開裂。同時(shí)，開裂尖端的應(yīng)變集中導(dǎo)致了開裂尖端的塑性變形，阻止形成二次鈍化膜，使開裂尖端一直處于活性狀態(tài)。

    2部分專家學(xué)者研究結(jié)果

    V.S. Raja等分別在Mg（OH）₂飽和的0.01和0.1M NaCl溶液中，研究熱軋Mg-Mn鎂合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，氯化物破壞了膜層，引起了點(diǎn)蝕和合金的氫脆傾向，裂紋通過點(diǎn)蝕萌生，并在氫的作用下以穿晶形式長大。

    M. Bobby Kannan等研究認(rèn)為，經(jīng)摩擦攪拌焊接AZ31鎂合金板在腐蝕環(huán)境下進(jìn)行慢應(yīng)變拉伸測試，氫致開裂機(jī)理是其發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂失效的主要原因。

    Chen Jian等在慢應(yīng)變速率下在0.1M Na₂SO₄溶液中研究鎂合金的應(yīng)力腐蝕開裂性能，結(jié)果表明氫脆是引起AZ91鎂合金應(yīng)力腐蝕開裂的主要機(jī)理。

    Renguo Song等研究發(fā)現(xiàn)，ZE41鎂合金在0.01M NaCl溶液中以10^-6s^-1的應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)，具有一定的應(yīng)力腐蝕敏感性，主要是由于陽極溶解及氫脆的共同作用。

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