固溶溫度對ZK60鎂合金耐腐蝕性能的影響
2018-09-11 11:11:33
作者：李慶芬 來源：腐蝕與防護
分享至：
鎂合金被喻為“二十一世紀的綠色材料”，但較差的耐腐蝕性能使鎂合金的應用范圍受到了很大的限制。
近年來，有關鎂合金耐腐蝕性能的研究表明，提高鎂合金耐腐蝕性能的途徑主要包括采用物理、化學或機械方法對合金表面進行處理和采用熱處理、細晶化、合金化等手段對合金進行處理。
固溶處理工藝有利于合金形成單向固溶體，提高其耐腐蝕性能，因此本文以Mg-Zn-Zr合金（ZK60鎂合金）為研究對象，研究了固溶處理溫度對其耐腐蝕性能的影響規律。
試樣制備與試驗方法
試驗用材料為長沙銀天輕合金有限公司生產的鑄態ZK60鎂合金，其化學成分如表1所示。
表1 ZK60鎂合金的化學成分（質量分數）
將合金在SX-8-14型快速升溫電阻爐中進行固溶處理，固溶溫度分別為200、250、300℃，保溫24h后，在室溫下水淬。固溶處理后采用線切割截取試樣，試樣經打磨、拋光后，采用苦味酸溶液腐蝕，在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察合金的顯微組織。
靜態腐蝕試樣經機械打磨拋光后，采用無水乙醇超聲波清洗并進行干燥處理，然后在精度為0.0001g的分析天平上稱重并記錄。將試樣浸泡在質量分數為3.5%的NaCl溶液中96h，試驗溫度為（26±1）℃，試樣尺寸為10mm×10mm×20mm。將腐蝕后的試樣在沸騰鉻酸溶液中清洗5~10min去除表面的腐蝕產物，再經蒸餾水清洗、無水乙醇擦拭、吹風機吹干后，采用電子分析天平秤重后計算腐蝕速率，并在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察試樣的腐蝕形貌。
電化學腐蝕試樣用銅導線連接后，放入PVC管用環氧樹脂封裝，試樣工作面積為100mm2，在瑞士萬通PGSTAT302N電化學工作站上進行電化學測試，采用三電極體系，工作電極為不同溫度固溶后的ZK60鎂合金試樣，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑片電極，試驗溫度為26℃，腐蝕介質為3.5%NaCl溶液。為得到穩定的開路電位，測試前先將試樣在NaCl溶液中浸泡30min，極化掃描區間為-2.0~-1.0V，掃描速率為1mV/s，交流阻抗測試的頻率范圍為10mHZ~100kHz，電壓振幅為5mV。
試驗結果與討論
1 對顯微組織的影響
由圖1可知：鑄態和不同溫度固溶后ZK60鎂合金的組織均由α-Mg基體與呈連續網狀分布在晶界上的第二相組成；隨著固溶溫度的升高，晶界上的第二相明顯減少且呈不連續分布；經300℃固溶處理后，組織的第二相幾乎完全固溶在基體中，這說明鑄態組織中的第二相經此固溶處理后溶入在基體中。
2 對耐腐蝕性能的影響
由試驗結果可知，腐蝕速率隨著固溶溫度的升高呈先升高后降低的趨勢；當固溶溫度為200℃時，其腐蝕速率略高于鑄態的，經300℃固溶處理后合金的耐腐蝕性能最好。
經200℃固溶處理后，合金的耐腐蝕性能比鑄態合金的略差。隨著固溶溫度的升高，晶界上的第二相大部分溶入基體內，微電池效應減弱，從而提高了合金的耐腐蝕性能，腐蝕速率也相應降低。
結合圖1的微觀組織可知：鑄態和經200℃固溶處理的合金中第二相含量較高且分布在晶界處，由于第二相與基體之間有較大的電位差，促進了微區電化學反應，因此產生了嚴重的晶界腐蝕；合金經250，300℃固溶處理后，大部分第二相溶入基體中，微電池效應減弱，從而提高了合金的耐腐蝕性能。
3 對電化學性能的影響
由圖3可知：經250，300℃固溶處理后，合金的容抗弧半徑比鑄態合金的大；經200℃固溶處理后，合金的容抗半徑最小。高頻容抗的模值越大，反應越慢，陽極合金的腐蝕速率越小，合金的耐腐蝕性能越好，所以經300℃固溶處理后，合金的耐腐蝕性能最好，這與采用失重法得到的試驗結果相吻合。
圖3 鑄態和不同固溶溫度固溶后ZK60鎂合金在3.5%NaCl溶液中的Nyquist圖
圖4 鑄態和不同固溶溫度固溶后ZK60鎂合金3.5%NaCl溶液中的極化曲線
表2 不同固溶不同固溶溫度固溶前后ZK60鎂合金在3.5%NaCl溶液中的電化學參數
合金的自腐蝕電位越大，自腐蝕電流密度越小，則合金的耐腐蝕性能就越好。根據圖4和表2可知，經300℃固溶處理后的合金耐腐蝕性能最好，其自腐蝕電流密度為0.011639mA·cm-2，自腐蝕電位為-1.5110V，這與失重法和Nyquist圖的分析結果相吻合。
結論
（1） 鑄態ZK60鎂合金經固溶處理后，合金中的第二相含量明顯減少，且由連續分布變為不連續分布；經300℃固溶處理后，組織中的第二相幾乎完全固溶在基體中。
（2）隨著固溶溫度的升高，合金在質量分數3.5%NaCl溶液中的腐蝕速率先升高后降低，經300℃固溶處理后，合金的耐腐蝕性能最好。
更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org
責任編輯：韓鑫
《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414
免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。
相關文章
官方微信
《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
- 投稿聯系：編輯部
- 電話：010-62313558-806
- 郵箱：fsfhzy666@163.com
- 中國腐蝕與防護網官方QQ群：140808414
點擊排行
PPT新聞
“海洋金屬”——鈦合金在艦船的
點擊數：5768
腐蝕與“海上絲綢之路”
點擊數：4763