材料腐蚀与防护第六章稀土在材料防腐中的应用-1.ppt

第六章 * 第六章 稀土在材料防腐中的应用 * 稀土在材料防腐中的应用 稀土防护 防腐蚀 铝合金 锌 镁合金 1 钢铁 2 3 4 * （1）镁合金简介 镁合金是非常理想的轻质结构材料,被誉为21世纪绿色工程金属结构材料,在航空航天、汽车制造、电子通讯、生物医学等领域都得到了应用。 镁的化学性质活泼,平衡电位较低( - 2.34 V) 。 镁的氧化膜疏松,不像铝的氧化膜那样致密而有保护性,所以镁合金的耐腐蚀性能较差,长期以来严重制约了镁合金的开发和广泛应用,使镁合金的优良性能得不到充分发挥。 6.1 稀土在镁合金腐蚀防护上的应用 * （2）镁合金的腐蚀 镁合金的电化学腐蚀过程主要以析氢为主,以点蚀或全面腐蚀形式迅速溶解直至粉化。 一般认为,镁在水溶液中发生腐蚀时,反应过程可表示为： Mg→Mg2 + + 2e- (阳极反应) 2H2O + 2e- →H2 + 2OH - (阴极反应) Mg2 + + 2OH - →Mg(OH) 2 (腐蚀产物) 总的腐蚀反应为: Mg + 2H2O =Mg(OH) 2 +H2 将镁合金置于空气或溶液中,它的表面会生成一层氧化膜,或称为腐蚀产物膜,其结构一般可分为三层:最外层为小块板状结构( 2μm) ,中间层为致密层(20nm ～40nm) ,第三层为蜂窝状结构(0.14μm～0.16μm)。 三层结构呈现出一个共同的特点,即多孔状,这种氧化膜对镁合金基体并无良好的腐蚀防护作用。 * (3)防腐方法 1 通过合金化,向镁合金中添加能提高其耐蚀性的合金元素 2 是采用合理的热处理规范,得到理想的显微组织 3 通过表面防护,用化学氧化或电化学氧化方法,在镁合金表面生成一层致密完整的保护膜. 镁合金经长时间腐蚀后,会有大量的腐蚀产物从表面脱落,腐蚀脱落产物主要由Mg (OH)2、MgCO3 和MgO组成。 为了解决镁合金的腐蚀问题,可以从三个方面加以考虑： * (4)稀土在镁合金腐蚀防护上的应用 稀土可以作为合金元素加入镁合金,也可以与热处理结合使用,还可以用来在镁合金表面形成保护膜,因而稀土可以全方位的介入镁合金的腐蚀防护,在镁合金的腐蚀防护中起着十分重要的作用。 * 1)合金元素加入 经过扩渗稀土铈表面处理的AZ91镁合金,稀土铈以化合态的形式存在于表层,渗入的稀土元素铈起到净化合金表面、微合金化的作用,使镁合金表面活性点减少或消失,从而提高其耐蚀性。 稀土的加入可使晶粒细化,具有强化晶界和相界的作用,其改善镁合金的耐蚀性主要是抑制氢在阴极的析出从而抑制了腐蚀的阴极过程。 添加稀土元素能够改进镁合金腐蚀产物膜的组成和结构,使镁合金析出相的阴极性减弱,与铁生成复杂金属间化合物,有效抑制铁对镁合金耐蚀性的有害作用,从而明显增强镁合金的钝化和耐腐蚀性能。 (4)稀土在镁合金腐蚀防护上的应用 * 2)与热处理结合使用 在镁合金中加入适量的稀土元素后,再经过适当的固溶、时效处理或者固溶+时效处理,可获得晶粒细小、β(Mg17Al12 )相较多且分布较理想的显微组织,从而使镁合金的耐腐蚀性能得到改善。 (4)稀土在镁合金腐蚀防护上的应用 * 3)在镁合金表面形成保护膜 目前常用的表面处理方法中,与稀土相结合的有表面合金化、表面氧化处理、化学转化膜处理等. 用表面合金化的方法可在镁合金表面复合一层作用很强的渗铝层,但不足之处是表面常出现裂纹。用一定方法将稀土加入渗铝层,可使渗铝层裂纹减小,提高其耐蚀性 化学转化膜处理应用在镁合金上也有较好的效果。过去常用铬盐进行处理,但由于铬盐有毒且污染环境,目前发展迅速的是使用无毒的稀土转化膜. 表面氧化处理最早为阳极氧化,后来进一步发展为当前流行的等离子微弧阳极氧化. 它能使局部温度升至1000℃以上,使氧化物熔覆在镁合金表面,形成陶瓷质的阳极氧化膜,从而使镁合金的耐腐蚀性能得到提高。 (4)稀土在镁合金腐蚀防护上的应用 * (5)稀土对镁合金耐腐蚀性能的影响作用 稀土对镁合金耐腐蚀性能的影响作用,大致可分为三个方面:一是改变了腐蚀层的结构,二是强化了阴极相控制,三是影响了腐蚀的电化学过程。 1)改变腐蚀层结构： 以AZ91加入1%RE (富Ce富La混合稀土)为例,腐蚀层结构中,外层由Mg(OH)2 组成,这与不加稀土时相同;内层由Al2O3、(Ce, La)2O3 及MgO 组成,与不加稀土时相比,组成中多了(Ce,La)2O3。 由于AZ91 + 1%RE合金中的稀土原子Ce、La与O的亲和力大,容易同O发生反应生成(Ce,La)2O3。 (Ce,La)2O3的化学活性低,对NaCl腐蚀介质不敏感,可以起到钝化膜的作用。 正是由于稀土与氧反应生成了不连续的稀土氧化物的钝化保护膜,才使得镁合金的腐蚀结