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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(jì)的綠色材料”，但較差的耐腐蝕性能使鎂合金的應(yīng)用范圍受到了很大的限制。

近年來，有關(guān)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(xué)或機械方法對合金表面進行處理和采用熱處理、細(xì)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(guī)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(chǎn)的鑄態(tài)ZK60鎂合金，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 ZK60鎂合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

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(jīng)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(tài)腐蝕試樣經(jīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(chǎn)物，再經(jīng)蒸餾水清洗、無水乙醇擦拭、吹風(fēng)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(xué)腐蝕試樣用銅導(dǎo)線連接后，放入PVC管用環(huán)氧樹脂封裝，試樣工作面積為100mm2，在瑞士萬通PGSTAT302N電化學(xué)工作站上進行電化學(xué)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(zhì)為3.5%NaCl溶液。為得到穩(wěn)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(qū)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(jié)果與討論

1 對顯微組織的影響

由圖1可知：鑄態(tài)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(xù)網(wǎng)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(xù)分布；經(jīng)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(tài)組織中的第二相經(jīng)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(jié)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(dāng)固溶溫度為200℃時，其腐蝕速率略高于鑄態(tài)的，經(jīng)300℃固溶處理后合金的耐腐蝕性能最好。

經(jīng)200℃固溶處理后，合金的耐腐蝕性能比鑄態(tài)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(nèi)，微電池效應(yīng)減弱，從而提高了合金的耐腐蝕性能，腐蝕速率也相應(yīng)降低。

結(jié)合圖1的微觀組織可知：鑄態(tài)和經(jīng)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(qū)電化學(xué)反應(yīng)，因此產(chǎn)生了嚴(yán)重的晶界腐蝕；合金經(jīng)250，300℃固溶處理后，大部分第二相溶入基體中，微電池效應(yīng)減弱，從而提高了合金的耐腐蝕性能。

3 對電化學(xué)性能的影響

由圖3可知：經(jīng)250，300℃固溶處理后，合金的容抗弧半徑比鑄態(tài)合金的大；經(jīng)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(yīng)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(jīng)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(jié)果相吻合。