鎂合金系列-鎂合金腐蝕相關(guān)問題(內(nèi)嵌swf在瀏覽器中可能無法顯示)

1、鎂合金腐蝕相關(guān)問題鎂合金腐蝕相關(guān)問題1、金屬腐蝕原理2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)4、氫脆5、應(yīng)力腐蝕1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理關(guān)于電極電位本質(zhì)上來看，電子在不同位置上具有不同的能量。由于電子帶負(fù)電，所以電子有從低電位流向高電位的趨勢。在電化學(xué)腐蝕中，被腐蝕金屬的電極電位較低，失去電子被腐蝕。1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理不同原子有不同原子能級，所以各物質(zhì)中，電子具有的電勢能是不同的。就算是同一原子中的電子，處于不同軌道上也有不同的電勢能。所以，不同物質(zhì)具有不同的電極電位。同一物質(zhì)，電極反應(yīng)不同，涉及到的原子軌道不同，也也不同的電極電位。為了簡便起見，這里以原

2、子能級來說明問題。嚴(yán)格來說，應(yīng)該從能帶理論的角度來解釋。節(jié)目預(yù)告：鄙人可能會在下學(xué)期開設(shè)一門材料物理會用一定的課時(shí)對能帶理論進(jìn)行科普我們會發(fā)現(xiàn)，很多牛X的現(xiàn)象（比如光催化）都能從能帶的角度進(jìn)行解讀。1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理原電池腐蝕的特點(diǎn)：兩種具有不同電極電位的金屬組成閉合回路。100%的純金屬會不會被腐蝕？鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37，這意味著鎂中的電子處于高能量狀態(tài)。這直接導(dǎo)致，鎂很容易失去電子而被氧化，也就是被腐蝕。1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理就算100%的純金屬，空氣中總是有水的。而且水中總會有一定濃度的H+1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理兩種腐蝕的

3、共同點(diǎn)：需要水的參與形成電解質(zhì)，為電子提供通道。1、金屬腐蝕原理、金屬腐蝕原理就算100%的純金屬，空氣中總是有水的，通常還有氧氣。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素A、固溶的合金元素金屬金屬水化作用強(qiáng)水化作用強(qiáng)Zn、Fe、Cd、Mg等活潑金屬等活潑金屬金屬金屬離子進(jìn)入晶體點(diǎn)陣離子進(jìn)入晶體點(diǎn)陣Au、Ag、Cu、Pt等不活潑金屬等不活潑金屬固溶的合金元素，可以改變鎂合金的抗腐蝕性能。但是要特別注意：力學(xué)性能是首要考慮的問題，如果力學(xué)性能不好，一切都是白費(fèi)。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素A、固溶的合金元素當(dāng)然，有一個(gè)方面，力學(xué)性能

4、和腐蝕性能的要求是相同的：材料的均勻性從力學(xué)性能的角度：成分不均勻，會導(dǎo)致材料軟硬不均，以致變形不均勻。從抗腐蝕的角度：成分不均，會導(dǎo)致濃差電池。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素A、固溶的合金元素時(shí)間析氫量雖然Y元素可以大幅度提高鎂合金的延伸率，但是在抗腐蝕方面，卻是雪上加霜。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素B、第二相顆粒重提高鎂合金強(qiáng)度的角度，不可避免需要引入第二相顆粒。但是，第二相顆粒通常和基體有不同的電極電位。因此而構(gòu)成原電池，加速腐蝕的發(fā)生。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素為什么會有不

5、銹鋼：難道不銹鋼里面沒有第二相顆粒？2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素對Mg而言，其表面膜的本質(zhì)尚未完全厘清。總體來說是Mg(OH)2和MgO混合物。MgO在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，會和水作用生成Mg(OH)2由于晶格參數(shù)和比體積不匹配，在這個(gè)轉(zhuǎn)化過程中，會形成大量空隙。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素C、表面膜如果能通過合金元素，形成致密表面膜，可提高鎂合金抗腐蝕性能。2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素C、表面膜-通過第二相形成鈍化膜第二相顆粒中，合金元素的含量比Mg基體中高很多，更容易形成鈍化膜。

6、比如AZ501合金中，第二相中的Al就有利于形成保護(hù)膜。第二相表面的保護(hù)膜2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素C、表面膜-通過第二相形成鈍化膜2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素C、表面膜-通過第二相形成鈍化膜通過熱處理，可以調(diào)整AZ91鎂合金中，Mg17Al12的體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)而改善抗腐蝕性能2、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素、影響鎂合金抗腐蝕性能的內(nèi)部因素第二相的兩面性與Mg基體形成原電池，加速腐蝕在表面形成鈍化膜，減慢腐蝕注意：力學(xué)性能和抗腐蝕性再次達(dá)成一致。細(xì)小且均勻分布的第二相在提高力學(xué)性能的同時(shí)，可以提高抗腐蝕性能。3、鎂合

7、金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)犧牲陽極的陰極保護(hù)法3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)A-B：活性溶解區(qū)；B：臨界鈍化點(diǎn) B-C：過渡鈍化區(qū)；C-D：穩(wěn)定鈍化區(qū) D-E：超(過)鈍化區(qū) 。鈍化原因：形成鈍化膜外加電壓首先必須明確一個(gè)概念：處于電解質(zhì)中的電極，其表面會同時(shí)發(fā)生陰極過程和陽極過程。陰極過程：還原反應(yīng)陽極過程：氧化反應(yīng)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)如果要對未知物理量進(jìn)行測量，需要人為的輸入一些信息，前提是該系統(tǒng)對這個(gè)信息會作出響應(yīng)。比如：測量晶體結(jié)構(gòu)，我們就需要向樣品輸入X射線，樣品對X射

8、線產(chǎn)生衍射，通過對衍射的X射線進(jìn)行分析，就可以得到晶體結(jié)構(gòu)方面的信息。如何向未知電極輸入信號呢？3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)對于人用的電池來說，電子從負(fù)極流到正極。所以我們簡單的理解為正極是Cu。負(fù)極是Zn。CuZn對于原電池來說，發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽極，也就是Zn，而另外一邊是CuZnCu3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)如圖連接后，電流流到被測電極上。對Zn電極來說，由于給它并了一個(gè)Cu上來，所以測出來Zn電極的電位要正移動。CuZnZnCu3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)Zn這樣測是否

9、沒有干擾？只要接通，或多或少都要引入電流，哪怕是極為微弱。而且，只能測出一個(gè)值，無法外推。簡單的例子：用溫度計(jì)測溫度，溫度計(jì)也會吸熱，所以測出來的溫度？嘿嘿，不是真實(shí)的。3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)沒有外部信號就激勵(lì)就不會有輸出，所以為了對未知電極進(jìn)行測量，外部電流有個(gè)極限值，再小一點(diǎn)，就不會有信號輸出。3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)外電源換個(gè)接法，而且加入接上來的是更負(fù)的K或者Ca，那么Zn電極會變得更負(fù)。CuZnZnCu3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)忽略正負(fù)號3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)

10、的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)忽略正負(fù)號后對電流取對數(shù)外推3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)Icorr為Fe在H2SO4溶液中的自腐蝕電流 3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)包辛格效應(yīng)常規(guī)情況：增大電流，電流流到金屬電極上，實(shí)際上奪走電子（或者人為升高金屬電極的電極電壓）電子奪走后，金屬電極趕緊生產(chǎn)電子，陽極過程加快。同時(shí)，外加的電源搶走電子后，雖然金屬電極在馬不停

11、蹄的生產(chǎn)電子，但是電子仍然是供不應(yīng)求。所以，陰極過程減慢。（注意，同一個(gè)電極，既會有陰極過程，也會有陽極過程）3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)對于Mg來說，奪走電子，Mg馬不停蹄的生產(chǎn)電子，所以加速溶解但是，在電子極度匱乏的情況下，析氫量反而在不斷增加3、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)、鎂合金電化學(xué)保護(hù)的難點(diǎn)所以，本來希望于施加電流，使其發(fā)生鈍化是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)殁g化的同時(shí)會產(chǎn)生氫氣。鈍化膜難以長成致密的形態(tài)。外加電壓機(jī)制-氫致開裂4、氫脆、氫脆氫的來源4、氫脆、氫脆氫的來源4、氫脆、氫脆氫的存在形式 H-、H、H+氫可以氫可以H-、H

12、、H+的形式固溶在金屬中；的形式固溶在金屬中； 氫分子氫分子H2當(dāng)金屬中的氫含量超過溶解度時(shí)，氫原子往往在金屬的缺當(dāng)金屬中的氫含量超過溶解度時(shí)，氫原子往往在金屬的缺陷（孔洞、裂紋、晶間等）聚集形成氫分子；陷（孔洞、裂紋、晶間等）聚集形成氫分子； 氫化物氫化物氫在氫在V、Ti、Zr、MgMg金屬中的溶解度較大；但超金屬中的溶解度較大；但超過溶解度后會形成過溶解度后會形成MgH2，Ni也可以形成氫化物；也可以形成氫化物； 氣團(tuán)：氫與位錯(cuò)結(jié)合形成氣團(tuán)氣團(tuán)：氫與位錯(cuò)結(jié)合形成氣團(tuán)4、氫脆、氫脆氫陷阱4、氫脆、氫脆氫陷阱4、氫脆、氫脆氫陷阱 氫在陷阱中富集氫在陷阱中富集過飽和的氫原子在孔隙中結(jié)合成分子氫過

13、飽和的氫原子在孔隙中結(jié)合成分子氫產(chǎn)生非常大的壓力產(chǎn)生非常大的壓力 如果鋼中氫濃度為如果鋼中氫濃度為410-6相應(yīng)氫壓高達(dá)相應(yīng)氫壓高達(dá)104 MPa以上。以上。（大氣壓為（大氣壓為0.1MPa） 4、氫脆、氫脆 公認(rèn)機(jī)制公認(rèn)機(jī)制 材料中的氫在應(yīng)力梯度作用下向高的三向拉應(yīng)力區(qū)富集，當(dāng)偏聚材料中的氫在應(yīng)力梯度作用下向高的三向拉應(yīng)力區(qū)富集，當(dāng)偏聚的氫濃度達(dá)到臨界值時(shí)，在應(yīng)力場的聯(lián)合作用下開裂的氫濃度達(dá)到臨界值時(shí)，在應(yīng)力場的聯(lián)合作用下開裂 氫脆機(jī)理氫脆機(jī)理 氫壓理論氫壓理論 弱鍵理論（點(diǎn)陣脆化理論）弱鍵理論（點(diǎn)陣脆化理論） 吸附氫降低表面能理論吸附氫降低表面能理論 氫促進(jìn)局部塑性變形理論（氫促進(jìn)局部塑性

14、變形理論（H與位錯(cuò)交互作用機(jī)理）與位錯(cuò)交互作用機(jī)理）4、氫脆、氫脆4、氫脆、氫脆4、氫脆、氫脆降低氫含量的手段4、氫脆、氫脆降低氫含量的手段4、氫脆、氫脆應(yīng)力的來源外應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力：在凝固或者變形過程中，材料內(nèi)部“比體積不匹配”、變形不均等均可引起內(nèi)應(yīng)力5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕概述第一次世界大戰(zhàn)期間，用H70經(jīng)過深沖成型的黃銅彈殼，在戰(zhàn)場上出現(xiàn)大量破裂現(xiàn)象。經(jīng)研究表明，經(jīng)沖壓加工的黃銅彈殼內(nèi)存在殘余應(yīng)力。在戰(zhàn)場含氨氣或二硫化按等介質(zhì)，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂或季節(jié)裂紋。這個(gè)問題通過240-260退火，消除殘余應(yīng)力來解決5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕概述SCC在石油、化工、航空、原子能行業(yè)中都受到廣泛

15、重視，如發(fā)動機(jī)廠中的汽輪機(jī)葉片、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、輸氣輸油管道、飛機(jī)零部件。1967年12月，美國西弗吉尼亞州和俄亥俄州之間的俄亥俄大橋突然倒塌，死46人。事故調(diào)查結(jié)果就是因?yàn)閼?yīng)力+大氣中微H2S導(dǎo)致鋼梁產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕所致。5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕概述5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕概述定義：定義： 受一定受一定拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些作用的金屬材料在某些特定的介特定的介質(zhì)質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂脆性斷裂現(xiàn)象。現(xiàn)象。5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕概述SCC需要同時(shí)具備三個(gè)條件需要同時(shí)具備三個(gè)條件:(1) 敏感的金屬材料敏

16、感的金屬材料(2) 特定的腐蝕介質(zhì)特定的腐蝕介質(zhì)(3) 足夠大的拉伸應(yīng)力足夠大的拉伸應(yīng)力特定的材料：不存在應(yīng)力時(shí)，單純的腐蝕作用？特定的材料：不存在應(yīng)力時(shí)，單純的腐蝕作用？No不存在腐蝕時(shí)，單純的應(yīng)力作用？不存在腐蝕時(shí)，單純的應(yīng)力作用？No5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕孕育期孕育期裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時(shí)間，約裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時(shí)間，約占整個(gè)時(shí)間的占整個(gè)時(shí)間的90左右；左右；裂紋擴(kuò)展期裂紋擴(kuò)展期裂紋成核裂紋成核臨界尺寸臨界尺寸快速斷裂期快速斷裂期裂紋達(dá)到臨界尺寸后，由純力學(xué)作用裂裂紋達(dá)到臨界尺寸后，由純力學(xué)作用裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力材料材料腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)一

17、定時(shí)間一定時(shí)間裂紋形核裂紋形核裂紋亞臨界擴(kuò)展裂紋亞臨界擴(kuò)展裂紋達(dá)到臨界尺寸裂紋達(dá)到臨界尺寸失穩(wěn)斷裂失穩(wěn)斷裂SCC裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型三種裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型三種 裂紋的途徑取決于材料與介質(zhì)裂紋的途徑取決于材料與介質(zhì) 同一材料因介質(zhì)變化，裂紋途徑也可能改變同一材料因介質(zhì)變化，裂紋途徑也可能改變應(yīng)力腐蝕裂紋的主要特點(diǎn)是：應(yīng)力腐蝕裂紋的主要特點(diǎn)是： 裂紋起源于表面裂紋起源于表面 裂紋的長寬不成比例，相差幾個(gè)數(shù)量級裂紋的長寬不成比例，相差幾個(gè)數(shù)量級 裂紋擴(kuò)展方向一般垂直于主拉伸應(yīng)力的方向裂紋擴(kuò)展方向一般垂直于主拉伸應(yīng)力的方向 裂紋一般呈樹枝狀裂紋一般呈樹枝狀沿晶應(yīng)力腐蝕開裂沿晶應(yīng)力

18、腐蝕開裂-IGSCC穿晶應(yīng)力腐蝕開裂穿晶應(yīng)力腐蝕開裂-TGSCC 在發(fā)生在發(fā)生SCC的環(huán)境中，金屬表面通常被的環(huán)境中，金屬表面通常被鈍化膜鈍化膜覆蓋，金覆蓋，金屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸 當(dāng)鈍化膜遭受局部破壞后，當(dāng)鈍化膜遭受局部破壞后，裂紋形核裂紋形核，并在應(yīng)力作用下，并在應(yīng)力作用下裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑定向活化溶解定向活化溶解，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，最終發(fā)生斷裂展，最終發(fā)生斷裂 A 膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核 B 裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展 C 斷裂斷裂機(jī)制-鈍化膜破裂-局部腐蝕-裂紋5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動至金屬表著滑移面運(yùn)動至金屬表面面表面產(chǎn)生滑移臺階表面產(chǎn)生滑移臺階表面膜產(chǎn)生局部破裂并表面膜產(chǎn)生局部破裂并暴露活潑的新鮮金屬；暴露活潑的新鮮金屬；機(jī)制-鈍化膜破裂-局部腐蝕-裂紋5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕機(jī)制-鈍化膜破裂-局部腐蝕-裂紋5、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕機(jī)制-鈍化膜破裂-局部腐蝕-裂紋5、應(yīng)力腐蝕