１ 鎂合金的腐蝕與防護(hù)

1.1  鎂的性質(zhì)

    鎂元素符號Mg，原子序數(shù)為12，電子結(jié)構(gòu)為2-8-2，標(biāo)準(zhǔn)電極電位很負(fù)（-2.36V），較易失電子而發(fā)生氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致鎂及鎂合金的耐腐蝕性很差，在腐蝕性介質(zhì)中很容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。鎂合金自然形成的氧化膜疏松多孔，以MgO、Mg²⁺為主要成份的膜的致密度系數(shù)為0.8左右（<1），對基體的保護(hù)能力較差，不適用于大多數(shù)的腐蝕性環(huán)境。

1.2  鎂合金的腐蝕方式

鎂合金的腐蝕方式通常有兩種情況：一是在一般環(huán)境中的腐蝕，稱“一般腐蝕”或“環(huán)境腐蝕”，也稱“化學(xué)腐蝕”，二是在原電池環(huán)境下產(chǎn)生的“電化學(xué)腐蝕”。

暴露在干燥的空氣中時鎂合金表面會形成一層很薄的膜，這層膜在沒水接觸的情況下很穩(wěn)定，此時就不會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。但在實際操作環(huán)境中可能會與水或水氣接觸，這時就會導(dǎo)致膜（表面）的顏色變深（從淺灰到深灰）。如果進(jìn)一步暴露在液態(tài)水和空氣中，就會繼續(xù)跟空氣中的CO₂與H₂O反應(yīng)生成碳酸鹽，使這層膜變厚。一般情況下這層膜足夠穩(wěn)定，具有一定的保護(hù)性，此時不需要作任何處理亦可使用。例如汽車自動（剎車）閘外殼，就不需要外加保護(hù)措施。

當(dāng)使用高純度AZ91D時，也不需要保護(hù)措施。即使車與路面濺起的水接觸，也不需要保護(hù)，因為這層膜在中性、堿性（或一般條件下）比較穩(wěn)定，具有保護(hù)作用。

但是，如果在設(shè)計上存在有水進(jìn)入（或殘留）的問題，或者在使用過程中遇到含鹽的環(huán)境（如海水），就會形成一個微電池環(huán)境，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，包括在中性、堿性環(huán)境中都會產(chǎn)生類似的腐蝕。此時就需要一個良好的表面處理保護(hù)措施。

由上所知，電化學(xué)腐蝕是鎂合金腐蝕的主要方式，在中性、堿性環(huán)境中，電化學(xué)腐蝕的原理：

其化學(xué)反應(yīng)原理如下：

Mg-2e=Mg²⁺  （陽極反應(yīng)）

2H₂O+2e=H₂+OH^-（陰極反應(yīng)）

Mg²⁺+2OH^-=Mg(OH)₂（腐蝕產(chǎn)物）

總反應(yīng)為Mg+2H₂O= Mg(OH)₂+ H₂

在上述反應(yīng)中，鎂作為陽極失去電子而腐蝕，在陰極釋放電子產(chǎn)生氫氣。通常情況下，陰極可能是外部與鎂合金相接觸的其它金屬部件，也可能是合金元素或雜質(zhì)元素，它們與鎂合金基體形成原電池，誘發(fā)電極反應(yīng)，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

1.3  鎂合金的腐蝕形態(tài)

    鎂合金的腐蝕形態(tài)主要有以下幾種：

（一）、電偶腐蝕：這是鎂合金最易發(fā)生的一種腐蝕形態(tài)，鎂基體與陰極相鄰的局部區(qū)域通常會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。

（二）、點蝕：在含有Cl^—的非氧化性介質(zhì)中，鎂合金在自腐蝕電位下容易發(fā)生點蝕；在中性或堿性介質(zhì)中，鎂合金的腐蝕形態(tài)通常也是點蝕。

（三）、應(yīng)力腐蝕：在含有Cl^—的中性溶液甚至蒸餾水中，鎂合金都有腐蝕開裂的傾向；在堿性介質(zhì)中，當(dāng)PH>10.2時，鎂合金表現(xiàn)出良好的抗應(yīng)力腐蝕的性能；在氟化物的溶液中，鎂合金也有良好的抗應(yīng)力腐蝕的性能。

（四）、晶間腐蝕：鎂合金一般對晶間腐蝕不敏感，腐蝕不能夠沿著晶界發(fā)展。

（五）、絲狀腐蝕：在保護(hù)性有機(jī)涂層或陽極氧化膜下，由于腐蝕電池在鎂合金基體表面的移動而產(chǎn)生絲狀腐蝕。

1.4  鎂合金與其它材料腐蝕性對比

20世紀(jì)80年代，鎂合金材料開發(fā)取得了長足進(jìn)展。人們發(fā)現(xiàn)Fe、Ni、Cu等雜質(zhì)元素以及Fe與Mn的比例對鎂合金耐蝕性的影響非常之大，為此開發(fā)了高純度的新一代的壓鑄鎂合金AZ91D等。高純度鎂合金的耐蝕性能提高了100倍，使其超出了其它與之競爭的材料，在不經(jīng)保護(hù)的狀態(tài)下即可滿足大部分汽車應(yīng)用的要求，甚至是暴露在冬季道路條件下。這一技術(shù)上的突破對后期壓鑄鎂合金的發(fā)展至關(guān)重要，也是目前鎂合金能夠得到大量應(yīng)用的重要原因。在耐鹽霧腐蝕能力方面，大多數(shù)壓鑄鎂合金牌號都已經(jīng)超過了鋁合金A380。

1.5  鎂合金腐蝕的防護(hù)技術(shù)

針對鎂合金發(fā)生腐蝕的機(jī)理，目前鎂合金腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究工作主要集中在以下幾個方面

1.5.1  零件設(shè)計

一個好的保護(hù)措施要從一個好的設(shè)計開始。這是一個系統(tǒng)工程，從腐蝕防護(hù)的角度出發(fā)，一個好的鎂合金零件設(shè)計應(yīng)考慮下列因素： 

（一）、不能讓水或其它液體聚積在一起，使之形成原電池環(huán)境。

（二）、邊角應(yīng)設(shè)計成圓弧形，尖銳的邊角會降低保護(hù)作用。

1.5.２ 材料選擇：

產(chǎn)品設(shè)計中，各相鄰零配件所用原材料的選擇也是很重要的。既要保證其結(jié)構(gòu)性功能不受影響，又要使兩種材料間的電位差不大，方能保證不產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。

另一個要注意的問題是，零件之間的連結(jié)件及連結(jié)介質(zhì)的材料與防腐蝕處理工藝

也是要十分注意的問題。

1.5.３ 冶金控制

冶金因素包括合金組元、雜質(zhì)元素、相組成和微結(jié)構(gòu)。

不同元素對鎂合金的腐蝕性能影響不同，依據(jù)目前常用鎂合金材料的合金組元，一般分為三類。通過合金元素對鎂合金腐蝕速度影響的分析，通常將第三類元素的含量降低到臨界值以下，采用提高純度的方法來增加耐腐蝕性。

相組成對鎂合金的腐蝕性能影響也很大，合金的加工工藝不同，相成份和含量不同，其影響機(jī)理也不同。如快速凝固可以改善材料的相成份和微觀結(jié)構(gòu)，使基體組織更加均勻，減少缺陷，抑制局部腐蝕。

另一方面，就是開發(fā)高耐蝕新型合金系統(tǒng)，以適應(yīng)不同腐蝕性環(huán)境的影響。

1.5.４ 表面處理

在冶金控制及新型合金開發(fā)取得重大進(jìn)展之前，通過各種表面處理技術(shù)來控制鎂合金的腐蝕，毫無疑問，這應(yīng)是當(dāng)前業(yè)界最重要的研究課題。

下面將對鎂合金的表面處理技術(shù)及工藝進(jìn)行扼要的闡述。

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