镁合金在大气环境中的电偶腐蚀

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2006.05.031 第28卷第5期 北京科技大学学报 Vol.28N0.5 2006年5月 Journal of University of Sclence and Technology Beijing May 2006 镁合金在大气环境中的电偶腐蚀 张继心张巍李久青马征曾桂芝 北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀与防护中心，北京100083 摘要研究了AZ91D,AM50,AM60三种镁合金分别与Q235碳钢、316L不锈钢、H62黄铜、 LY12铝合金4种材料组成电偶对在青岛和武汉大气暴晒实验场进行周期分别为3,6,15,20,27 个月的大气腐蚀行为及规律.结果表明，镁合金作为电偶对的阳极其腐蚀速率在与实验所用材料 偶接后显著提升，其中，与Q235碳钢、316L不锈钢偶接后大气电偶腐蚀效应最大，而与LY12铝 合金偶接后大气电偶腐蚀效应最小.青岛站镁合金试样的大气电偶腐蚀效应要明显高于武汉站的 试样.不同镁合金的大气电偶腐蚀效应y之间存在的基本关系为AZ91D最大，AM50最小. 关键词镁合金：大气环境；电偶腐蚀；电偶腐蚀效应 分类号TG172 镁及镁合金以其密度小、比强度高、减震性能 AZ91D,AM50,AM60三种镁合金分别与Q235 和尺寸稳定性好、易于压铸成型、磁屏蔽性良好、 碳钢、316L不锈钢、H62黄铜、LY12铝合金4种 回收性好等优异特性13]，已广泛应用于航空航 材料组成电偶对在青岛和武汉大气暴晒实验场进 天、汽车工业、电子工业等领域.但是，镁合金的 行周期分别为3,6,15,20,27个月的大气腐蚀行 化学活性高，标准电极电位低，在潮湿空气、含硫 为及规律，研究不同镁合金与其他不同金属组成 气氛和海洋大气中均会遭到严重腐蚀[45]，镁合 的电偶对在不同的大气环境中的电偶腐蚀规律. 金耐蚀性差是镁作为结构材料的应用潜力与现实 之间依然存在巨大反差的重要原因6-).在实际 1实验方法 应用中，镁及镁合金不可避免地会与其他金属部 1.1实验材料 件配套使用而发生电偶腐蚀，镁合金作为阳极而 实验所用阳极材料分别为AZ91D,AM50, 腐蚀严重，但有关镁合金电偶腐蚀规律、机理研究 AM60镁合金，阴极材料分别为Q235钢、316L不 却少见报导.大气是镁合金在实际使用中的主要 锈钢、H62黄铜和LY12铝合金.其成分如表1 环境，大气环境下镁合金的电偶腐蚀研究对促进 所示. 镁合金更广泛的应用是十分必要的.本文研究了 表1实验用材料化学成分 Table 1 Composition of the test materials 材料 成分（质量分数）/% AZ91DAl8.5-9.5.Mn0.17-0.4,Zn0.45-0.9.Si0.05(max),Cu0.25(max）.Ni0.001(max),Fe0.004(max).Mg余M AM50A14.4-5.4,Mn0.26-0.6.Zn0.22(max).Si0.10.Cu0.10.Ni0.002,Fe0.004,Mg余址 AM60A15.5-6.5,Mn0.24-0.6,Zn0.22(max).Si0.10.Cu0.10,Ni0.002.Fe0.005.Mg余址 H62 Cu60.5,Pb0.08,Fe0.15,Sb0.005.Bi0.002.P0.01,Zn余量 316L.S.SNi12.45,Cr17.61.Mo2.29C0.021,Mn1.05.Si0.69.P0.031,S0.002,Fe余t Q235C0.1.Si0.2.Mn0.37,P0.019.S0.012,Fe余t LY12Cu3.8-4.9,Mg1.2-1.8,Mn0.3-0.9.Fe0.5.Si0.5.杂质<1.5%，A1余址 将所有试样按规定尺寸加工，然后除油，并用 收稿日期：2004-11-22修回日期：2005-03-11 基金项目：福特基金资助项目(No.50122115) 砂纸打磨至800#，用酒精棉檄净后，吹干，并准确 作者简介：张继心(1980一)，男，项士研究生：李久青(1944一). 称量镁合金试样的质量 男，教授

5 2 第 卷 第 期 8 2 0 0 年 月 6 s 北 京 科 技 大 学 学 报 J 皿 o a r n l o U f n c t e O v f r S i i l y s e n c e e d a TC n h o n 峨嘴 l y e U B i g n V o l 。 2 N 8 o 。 5 M 2 a y 0 ` 镁合金在大气环境 中的电偶腐蚀 张 继 心 张 巍 李久青 马 征 曾桂 芝 北京科技大学材料科学 与工程学院腐蚀与防护中心 , 北京 1 0 0 0 83 摘 要 研 究 了 A z 9 1D , A M 50 , A M 60 三 种镁 合 金分 别与 2Q 35 碳钢 、 3 16 L 不锈 钢 、 6H 2 黄 铜 、 L Y 12 铝合金 4 种材料组成 电偶对在 青岛和武 汉大气暴晒 实验场进 行周期 分别 为 3 , 6 , 巧 , 20 , 27 个月的大气腐蚀行为及规律 . 结果 表明 , 镁合金作为 电偶 对的阳极其腐蚀速 率在与实验 所用材料 偶接后显著提升 . 其中 , 与 2Q 35 碳钢 、 31 6 L 不锈钢偶接后大 气 电偶腐 蚀效应最 大 , 而 与 L Y 12 铝 合金偶接后大气 电偶腐蚀效应最 小 . 青岛站镁 合金试样 的大气 电偶腐蚀效应要明显高于武 汉站 的 试样 . 不同镁 合金的大气电偶腐蚀效应 y 之间存在的基本关系为 A Z 9 1D 最大 , A M 50 最 小 . 关扭词 镁合金 ; 大气环境 ; 电偶腐蚀 ; 电偶腐蚀效应 分类号 T G 1 7 2 镁及 镁合金 以其密度 小 、 比强度高 、 减震 性能 和 尺寸稳 定性 好 、 易于 压铸成型 、 磁屏 蔽 性 良好 、 回收性好等优异特性〔’ 一3 〕 , 已 广泛 应 用 于 航空 航 天 、 汽 车工 业 、 电子 工 业 等领域 . 但是 , 镁合金 的 化学活性高 , 标准 电极 电位低 , 在潮湿 空 气 、 含硫 气氛和海 洋大气 中均会遭 到 严 重 腐 蚀 [ 4 一 , J , 镁 合 金 耐蚀性差是镁作为结构材 料的应 用潜力与现 实 之 间依然存在 巨大反差 的重 要原 因 [ “ 一 川 . 在实际 应用 中 , 镁及镁 合金 不 可避 免地 会与其 他金 属 部 件配 套使用而 发生 电偶腐蚀 , 镁 合金 作为阳 极而 腐蚀严重 , 但有关镁合金 电偶腐蚀规 律 、 机理 研 究 却少 见报导 . 大气是 镁合金 在 实际使用 中的主要 环境 , 大气环 境下镁 合金 的电偶腐蚀 研 究 对 促进 镁合金更广 泛的应用 是十分必要 的 . 本文研 究了 A z g I D , A M 5 0 , A M 6 0 三 种镁 合金 分 别与 Q2 3 5 碳钢 、 3 16 L 不锈钢 、 H 6 2 黄铜 、 L Y 12 铝 合金 4 种 材料组 成电偶对 在青岛和武汉 大气暴晒 实验场进 行周期分别为 3 , 6 , 巧 , 2 0 , 2 7 个月 的大气腐蚀 行 为及规律 , 研究 不 同镁合金 与其他不 同金属 组 成 的电偶对 在不 同的大气环境中的电偶腐蚀规律 . 1 实验方法 1 · 1 实验材料 实验 所用 阳 极 材料分 别 为 A Zgl D , A M 50 , A M 60 镁合金 , 阴极 材料分别为 Q23 5 钢 、 3 16 I J 不 锈钢 、 H 6 2 黄铜 和 L Y 12 铝 合金 . 其 成分如表 1 所示 . 裹 1 实验用材料化学成分 aT bl e 1 OC m侧活 i t i o l o f t h e tes t am t e d a l s 材料 成分 (质量分数 ) / % A Z 9 1D A M 5 0 A M 6 0 3 16 L . S . S Q 2 3 5 L Y 1 2 AI 8 . 5 一 9 . 5 . M n o 一 7 一 0 . 4 . z n o . 4 5 一 0 . 9 , 5 1 0 . 0 5 ( arn x ) , e u o . 2 5 ( ma x ) , N i o . o o l ( m a x ) . F e o . o o 4 ( m ax ) . M g 余童 IA 4 . 4 一 5 . 4 . M n 0 . 2 6 一 0 . 6 , Z n 0 . 2 2 ( m a x ) , 5 1 0 . 10 , C u 0 . 10 , N i 0 . 0 0 2 , eF 0 . 0 04 , M g 余量 A I 5 . 5 一 6 . 5 , M n 0 . 2 4 一 0 . 6 , z n 0 . 2 2 ( m a x ) , 5 1 0 . 10 . e u o . l o , N i o . oo 2 . 凡 0 . 0 0 5 , M g 余量 C u 6 0 . 5 , P b 0 . 0 8 , F e 0 . 1 5 , S b 0 . 0 0 5 . B i 0 . 00 2 , P O . o l , Z n 余量 N i 1 2 . 4 5 , e : 17 . 6 1 . M o 2 . 2 9 , C O . o Z一 M n l . o s , 5 1 0 . 6 9 , p o . o 3 1 , 5 0 . 0 0 2 , F e 余量 C 0 . 1 , 5 1 0 . 2 , M n 0 . 3 7 , P 0 . 0 19 , 5 0 . 0 12 . F e 余量 e u 3 . 5 一 4 . 9 . M g 1 . 2 一 1 . 5 , M n 0 . 3 一 0 . 9 . F e o . 5 , 5 1 0 . 5 , 杂质 < 1 . 5 % , 月 余量 收稿 B 期 : 2 0 0 4 一 1 1 一 2 2 修回 B 期 : 2 0 0 5一3 一 1 1 荃金项 目 : 福特基金资助项 目( N O . 5 0 12 21 巧 ) 作者简介 : 张继 心 ( 1 9 80 一 ) , 男 . 硕 士研究生 ; 李久 青( 1 94 4一 ) . 男 , 教授 将所有试样按规定尺寸加工 , 然后除油 , 并用 砂 纸打磨至 80 # , 用酒 精棉擦净后 , 吹干 , 并准确 称量镁 合金试 样的 质量 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 05. 031

Vol.28 No.5 张继心等：镁合金在大气环境中的电偶腐蚀 ·455· 1.2试样的尺寸及安装 为33.5mm;两者厚度均为1.6mm.上端阴极材 试样的尺寸及安装按照ASTM标准G149一 料片B内径为8.3mm,外径为30.0mm;下端阴 97“导电垫片的大气电偶腐蚀实验操作标准”，试 极材料片内径亦为8.3mm,外径为36.6mm;两 样组装及装配图分别如图1和图2所示. 者厚度均为1.6mm. 1.3试样的装配 装配时，应充分紧固所有部件，减少试样之间 缝隙的存在，以避免缝隙腐蚀，应尽量保证试片 螺钉 垫圈 之间的良好电导通，试片之间的电阻应低于12， 电木垫圈 同时应保证试片与螺栓之间的良好绝缘，使试片 金属A 木套管 与螺栓之间的电阻不小于1kΩ.用螺栓将试样牢 金属B 固固定于暴晒架上.暴晒架应朝阳放置，且与地 金属A 面成45°.实验周期分别为3,6,15,20,27个月. 金属B 电木垫周 对每个实验周期设计3个平行试样，并设3个同 垫圈 种镁合金的空白式样. 周定垫圈 螺母 1.4实验环境 ·实验分别在全国材料环境腐蚀实验网站的青 图1镁合金大气电偶腐蚀试样组装图 岛站和武汉站进行.青岛站地处山东半岛南部， Fig.I Fixing order of atmosphere galvanic corrosion samples 位于东经120°25'、北纬3606'，东、南颜临黄海， 螺钉 地处北温带季风区域，属暖温带亚湿润区海洋气 垫圈 垫圈 金属A 候.空气湿润，雨量充沛，温度适中，四季分明 金属B 金属A 表2为实验期间现场环境数据， 金属B 武汉位于湖北省中部，江汉平原东部，长江中 电木电圈 ~电木套管 游与汉水交汇处.武汉站地处东经11404'，北纬 快周 3038.武汉属亚热带湿润区城市气候，常年雨量 充沛、日照充足、四季分明.表3为实验期间现场 固定垫圈 环境数据， 由表2和表3可以看出：实验期间大气中 支持角架 NO2,H2S,NH3等含量武汉均高于青岛，SO3含量 及雨水中的SO含量却差不多，大气中的HCl、 图2镁合金大气电偶腐蚀试样装配图 Flg.2 Assembled sample for atmosphere galvanlc corrosion 海盐粒子及雨水中的C1含量青岛均大大高于武 汉，要高出一个数量级以上.同时，雨水在青岛呈 上端镁合金片A内径为8.3mm,外径为 典型的弱酸性，在武汉的雨水近似呈中性， 25.4mm;下端镁合金片内径亦为8.3mm,外径 表2膏岛站实验期问现场环境数据 Table 2 Environmental data during testing period in Qingdao,China 连续法，质量浓度/(mgdm2,d) 雨水分析 月份 质量浓度/(mgm3) NO2 H2S SO NH3 海盐粒子 pH值 S0房 CI 2002年6一12月 0.0853 0.0724 0.3608 0.0338 0.6296 5.195 31489 18512 2003年1一12月 0.0939 0.0554 0.7863 0.0476 0.8810 4.91 17759 16677 2004年1一9月 0.0845 0.0647 0.3111 0.0497 0.3031 5,2642 18542 15483

V o l 。 2 8 N o 。 5 张继心等 : 镁 合金在 大气环境 中的电偶腐蚀 1 . 2 试样的 尺寸及安装 试样的尺 寸及 安 装按照 A S T M 标准 G 149 一 9 7 “ 导 电垫 片的大气电偶腐蚀 实验操作标准 ” . 试 样组装及装配 图分别如 图 1 和 图 2 所示 . F ig . I F且x iug o r d e r o f a t ~ p h e比 公目 v a n l c 一 加. Sa m P les 图 2 钱合金大气电俩腐蚀试样装配 图 F ig . Z A创 沈m b lde as m p l e ort a t mos p触代 , Iva n l e co r r o. l o n 上 端 镁 合 金 片 A 内径 为 8 . 3 m m , 外 径 为 2 5 . 4 m m ; 下端镁合金 片内径亦 为 8 . 3 m m , 外径 为 3 3 . 5 m m ; 两者厚度 均为 1 . 6 m m . 上 端阴 极材 料片 B 内径为 8 . 3 m m , 外径为 30 . 0 m m ; 下端 阴 极材料片内径亦 为 8 . 3 m m , 外径为 36 . 6 m m ; 两 者厚度均为 1 . 6 m m . 1 . 3 试样的装配 装配 时 , 应 充分紧固所有部件 , 减少试样之 间 缝 隙的存在 , 以 避免缝 隙腐蚀 . 应 尽量 保证试 片 之 间的良好电导 通 , 试 片之 间 的电阻 应 低于 1 几 同时应 保证试 片与螺 栓之 间的 良好绝 缘 , 使试 片 与螺栓之 间的电阻 不小于 1 k n . 用 螺栓将试 样牢 固 固定 于 暴晒 架上 . 暴晒 架应 朝阳放置 , 且 与地 面成 4 5 ’ . 实验周期分别为 3 , 6 , 1 5 , 2 0 , 2 7 个 月 . 对每个实验周期设计 3 个平行试样 , 并设 3 个同 种镁合金 的空 白式样 . 1 · 4 实验环境 实验分别在全 国材料环境腐蚀实验网站的青 岛站和 武汉 站进行 . 青 岛站地 处 山 东半 岛南部 , 位于 东经 1 2 0 ’ 2 5 ` 、 北 纬 3 6 ` 0 6 ’ , 东 、 南濒 临黄海 , 地处北 温带季风 区域 , 属 暖温 带亚 湿 润 区 海洋气 候 . 空气湿 润 , 雨 量充 沛 , 温 度 适 中 , 四 季 分 明 . 表 2 为实验期间现场环境数据 . 武汉 位于 湖北 省中部 , 江 汉平原东部 , 长江 中 游与汉水交汇 处 . 武汉 站地 处 东经 1 14 ’ 0 4 ’ , 北纬 30 ’ 38 ’ . 武汉属 亚热带湿 润 区城市气候 , 常年雨量 充沛 、 日照 充 足 、 四季分明 . 表 3 为实验期间现场 环境数据 . 由表 2 和 表 3 可 以 看 出 : 实验期 间大 气 中 N q , H Z S , N H 3 等含量武 汉均高于青岛 , 5 0 3 含量 及雨 水中的 s 碳 一 含量 却差 不多 , 大气 中的 H CI 、 海盐 粒子及雨 水中的 lC 一 含量 青岛均大大高于 武 汉 , 要高出一 个数量级 以上 . 同时 , 雨水 在青岛呈 典 型的弱酸性 , 在武汉 的雨 水近似呈 中性 . 裹 2 , 岛站 实验期间现场环境擞据 aT b l e 2 E n vl r o . . 比 n alt d a t a d州 19 tes t l . g 碑 r i记 I n 切 n gd ao , C h ian 连续法 , 质量浓度(/ m ’g d m 一 2 · d 一 ’ ) 雨水分析 月份 p H 值 质量浓度(/ gm · m 一 3 ) N OZ H Z S 海盐粒子 以芳 一 CI - 一 一 ~ - ~一 一 一 , 一 - 一 一 - 一一 - 一 . 一一 . 一 一一一一- 一 一 - 一 一 一 - - 一 - 一 以写 一 CI - 2 0 0 2 年 6一 1 2 月 2 0 0 3 年 l 一 1 2 月 2 0 0 4 年 l 一9 月 0 . 0 8 5 3 0 . 0 7 2 4 0 . 3 6 0 8 0 . 0 3 3 8 0 . 6 2 9 6 5 . 19 5 3 1 4 89 18 5 12 0 . 0 9 3 9 0 . 0 5 5 4 0 . 7 86 3 0 . 0 4 7 6 0 . 8 8 1 0 17 7 5 9 16 6 7 7 0 . 0 8 4 5 0 . 0 6 4 7 0 . 3 1 1 1 0 . 0 4 9 7 0 . 3 0 3 1 5 . 2 6 4 2 18 54 2 15 4 8 3

456 北京科技大学学报 2006年第5期 表3武汉站实验期间现场环境数据 Table 3 Environmental data during testing perlod in Wuhan 连续法.质量浓度/(mgdm2dl) 雨水分析 月份 质量浓度/(mgm) NOz H2S S03 NH3 海盐粒子 pH值 S0- C 2002年6一12月 0.0933 0.2068 0.5711 0.1004 0.0215 6.80 25328 1005 2003年1-12月 0.3117 0.1946 0.2272 0.0641 0.0184 6.698 17821 971 2004年1一9月 0.1318 0.1660 0.2911 0.0748 0.0175 6.609 17983 1737 1.5腐蚀试样的处理 y=(△m/△m0-1)×100% 观察试样的腐蚀形貌；通过X射线衍射(Cu 式中，Y为大气电偶腐蚀效应，△m为试片质世损 K)分析腐蚀产物成分；去除腐蚀产物，先用软毛 失，△mo空白试片质量损失 刷，尽量刷除腐蚀产物，然后参考ASTM标准 G1一90.清洗液的组成如下：200gCr03+10g 2结果与讨论 AgNO3+20gBa(NO3)2,加入去离子水至1L.将 2.1腐蚀形貌观察 待处理试样浸入该溶液中，在20~25℃下浸泡5 观察取回的镁合金试样腐蚀外观，发现试样 min.取出后再用软毛刷刷洗试样，急水冲洗，最 随挂放时间的延长腐蚀逐渐加剧.所有电偶中镁 后用去离子水冲洗，用超声波清洗后，吹干备用， 合金试样均要比空白镁合金试样腐蚀严重；青岛 1.6大气电偶腐蚀效应 的试样要比武汉的试样腐蚀严重；大片试样要比 电偶腐蚀效应是研究电偶腐蚀的重要参数， 小片试样腐蚀严重；与碳钢偶接的镁合金腐蚀最 表征了电偶对中阳极材料与其他阴极材料偶接前 为严重，与铝合金偶接的镁合金试样腐蚀最轻 后腐蚀速率的变化，对于研究材料的电偶腐蚀倾 这些表面观察的结果与后面用失重法得到的腐蚀 向、阴极材料、材料面积、实验环境等对电偶腐蚀 数据存在着良好的对应关系， 的影响有重要作用.根据ASTM标准G149一97 图3显示了空白AZ91D镁合金(a),(b)及与 的规定，材料大气电偶腐蚀效应为： Q235碳钢及LY12铝合金偶接的AZ91D镁合金 (a) b (c) (d) (e (f) 图3试样暴露27个月腐蚀形貌图，(a)膏岛镁合金试样：(b)武汉镂合金试样：(c)膏岛与Q235偶接的镂合金试样：(d)武汉与0235 偶接的镁合金试样：(：)青岛与LY12偶接的镁合金试样；(【)武汉与LY12偶接的镁合金试样 Fig.3 Corroslon morphologies of AZ91D magnesium alloy for 27 months:(a)AZ91D exposed In Qingdao:(b)AZ91D exposed in Wuhan:(c)AZ91D/Q235 carbon steel couple exposed In Qingdao;(d)AZ91D/Q235 carbon steel couple exposed In Wuhan;(e)AZ9ID/ LY12 couple exposed in Qingdao:(f)AZ91D/LY12 couple exposed in Wuhan

. 5 4 6 · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 2 0 0 5 6 表 武汉站实验期间现 场环境数据 3 b a T l e E 3 n v r o l 叮比 n n d a t l a d 州 a t e ng s t t i d d o e ng P I n W 七 a . u 连续法 , 质量浓度(/ mg · d m 一 2 · d 一 ’ ) 雨水分析 月份 质量浓度(/ m g’ m 一 3 ) N H 3 海盐粒子 p H 值 以二】与 一 cl - 洲 一 cl - 2 00 2 年 6 一 12 月 2 0 0 3 年 l 一 12 月 20 0 4 年 l 一9 月 0 . 0 9 3 3 0 . 20 6 8 0 . 5 7 1 1 0 . 10 0 4 0 . 0 2 1 5 2 5 3 28 0 . 3 1 1 7 0 . 1 9 4 6 0 . 2 2 7 2 0 . 0 64 1 0 0 1 8 4 6 . 6 9 8 17 8 2 1 9 7 1 0 . 13 1 8 0 . 1 6 6 0 0 . 2 9 1 1 0 . 0 74 8 0 . 0 1 7 5 6 . 60 9 17 9 8 3 1 7 3 7 1 . 5 腐蚀试样的处理 观察试样的腐蚀 形 貌 ; 通 过 X 射 线衍射 ( C u K 。 )分析腐蚀产物成分 ; 去除腐蚀 产物 , 先用 软毛 刷 , 尽 量 刷 除腐 蚀 产 物 , 然 后 参 考 A S T M 标 准 G l 一9 0 . 清洗 液 的组 成 如 下 : 2 0 0 9 C r ( ) 3 + 10 9 A g N 场 + 2 0 9 B a ( N ( )3 ) 2 , 加入 去离子水至 1 L . 将 待处理试样浸 入该溶液 中 , 在 20 一 25 ℃ 下浸 泡 5 m in . 取出后再 用软毛 刷 刷 洗试样 , 急水冲洗 , 最 后 用去离子水冲洗 , 用超声波 清洗后 , 吹干备用 . 1 . 6 大气电偶腐蚀效应 电偶腐蚀 效 应是研 究 电偶腐蚀 的重 要 参数 , 表征 了电偶对中阳极材料与其他阴极材料偶接前 后腐蚀速 率的变化 , 对 于研 究材料的电偶腐蚀 倾 向 、 阴 极 材料 、 材料 面 积 、 实验 环 境等对 电偶腐蚀 的影响有重 要 作用 . 根 据 A s T M 标准 G 149 一97 的规定 , 材料大气电偶腐蚀效应 为 : y = ( △m / △m o 一 l ) X 10 0 % 式中 , y 为大气电偶腐蚀效应 , △ n : 为试 片质量损 失 , △ m 。 空 白试 片质量损 失 . 2 结果与讨论 2 . 1 腐蚀形貌观察 观察取回的镁合金试 样腐蚀 外观 , 发现试样 随挂放时间的延长 腐蚀逐 渐加剧 . 所有电偶 中镁 合金试 样均要 比空 白镁 合金 试 样腐蚀 严 重 ; 青岛 的试样要 比武汉的试 样腐蚀 严重 ; 大 片试 样要 比 小片试 样腐蚀严重 ; 与碳 钢偶接的镁 合金 腐蚀最 为严 重 , 与铝 合金 偶接的镁 合金试 样腐蚀 最 轻 . 这些表面观 察的结果与后面用 失重 法得到 的腐蚀 数据存在着良好 的对应 关系 . 图 3 显示 了空 白 AZ gl D 镁合金( a ) , ( b) 及 与 2Q 3 5 碳钢及 L Y 12 铝 合金 偶接 的 ZA 9 1 D 镁合金 图 3 试样基月 27 个月启蚀形貌图 . 【。 )青岛锐 合金试样 ; ( b) 武汉镁合金试样 ; ( 。 )* 岛与 2Q 35 偶接的镁合金试样 ; ( d) 武汉与 2Q s3 俩接的镁 合金试样 ; { e )资岛与 L Y 12 偶接的镁合金试样 ; 《f) 武汉与 L Y 12 偶接的钱合全试 样 F ig . 3 臼 r r o ` I o n mo r p h o l叼es o f A gz l D m a g n es i帅 a l loy fo r 27 “ 协 n t加s : ( a 】^ z , 1 0 e x侧 ) eS d I n 切雌d a o ; ( b 】 ^ Z , I D e x , , 泪 i n w u h a n ; ( c ) ^ 2 9一D/ 2Q 3 5 c a r b o n s t e 一, u p l e e x , 怡 e d l n 切雌 d ao ; 《d 】^ 2 9 一n / 2Q 3 5 ca r加 n s t e l co u p l e e x , 洲川 一n w u h a n ; 《 e ) A” I D / L Y 1 2 co u p l e e x , 哈 de 一n Q泣n g d a o : 《f ) A gz l D / L v l Z co u p一e e x , 次 d i n w u h a

Vol.28 No.5 张继心等：镁合金在大气环境中的电偶腐蚀 ·457· 试样经过5个周期的腐蚀形貌(c),(d),(e),(f) F(OOH存在.对青岛和武汉两地与Q235碳钢和 从图中可以看出：(1)与Q235碳钢及LY12铝合 LY12铝合金偶接的AZ91D镁合金表面腐蚀产物 金偶接的镁合金较空白镁合金腐蚀严重.(2)电 X射线衍射实验还表明，电偶对的阴极材料和暴 偶对中镁合金的腐蚀集中于直接暴露在大气中的 露地点对腐蚀产物的物相组成影响不明显 边缘部分，而与阴极试片紧密接触的中心部位虽 然有白色的腐蚀产物，但看不见明显的腐蚀，这 ★Mg ▲MgCO,H,O 说明实验中基本上没有出现缝隙腐蚀的干忧；也 ■MgS0,H,0 说明在大气环境下，镁合金电偶腐蚀作用距离是 ●MgCl(OH)H,0 有限的.(3)与Q235碳钢偶接的镁合金较与 LY12铝合金偶接的镁合金腐蚀严重，其中青岛 站与Q235碳钢偶接的镁合金腐蚀最为严重，实 验边缘表面呈蜂窝状，腐蚀深度可达试样原始厚 30405060.708090 度的2/3，边缘甚至出现腐蚀缺口 28) 2.2腐蚀产物分析 图4武汉站中与Q235碳钢偶接的AZ91D镁合金腐烛产物 图4是武汉站中与Q235碳钢偶接的AZ91D 的X射线衍射谱 Fig.4 Corrosion products of AZ91D magnesium alloy coupled 镁合金腐蚀产物的X射线衍射谱.腐蚀产物的主 with Q235 carbon steel in Wuhan 要相成分是晶态MgCO,H2O和MgSO4~H2O,也 含有少量的Mg3C2(OH)4H2O.可以认为，二氧 2.3大气腐蚀效应 化疏加速镁的腐蚀是通过将有一定保护作用的氢 采用质量损失计算镁合金大气电偶腐蚀效 氧化物及碳酸盐组成的膜转化为可溶性的硫酸盐 应，5个周期每种电偶对中镁合金的电偶腐蚀效 及亚硫酸盐.另外，试样上还有微量CaSiO3和 应见图5和图6. 1200 1000 ☐AZ9ID AM50 800 □AM60 600 400 200 小大小大小大小大小大小大小大小大 -200 Q235钢316L不锈铜H62黄铜Y12钥合金Q235钢316L不锈铜H62黄铜LY12铝合金 武汉 青岛 (a) 1000 ☐AZ91D 800 ■AM50 ☐AM60 600 大 小 大 小大小大小大小大小大小大 0235钢516L不锈铜H62黄铜Y12铝合金Q235钢316L不锈铜H62黄钢LY12铝合 武汉 青岛 (b) 图5镁合金与不同材料偶接后的电偶腐烛效应变化.(3个月：(b)6个月 Fig.5 Galvanic corrosion effect of magnesium alloy coupled with other materials:(a)3 months; (b)6 months

V o l . 2 8 No 。 5 张继心等 : 镁合金在大气环境 中的电偶腐蚀 F e( 刃H 存在 . 对青岛和 武汉两 地与 Q 2 35 碳钢和 L Y 1 2 铝合金 偶接的 A Z 9 1D 镁合金表面腐蚀产 物 X 射线衍射实验还 表 明 , 电偶对 的阴 极 材料和 暴 露地 点对 腐蚀 产 物的物相组 成影响不明 显 . 翘卿衡年 试样经过 5 个周期 的腐蚀 形貌 ( 。 ) , ( d ) , ( e) , ( f) . 从图中可以 看出 : ( l) 与 Q 2 35 碳 钢及 L Y 12 铝 合 金偶接的镁合金较 空 白镁 合金腐 蚀严重 . ( 2) 电 偶对中镁合金 的腐蚀 集中于直接暴露在大气 中的 边缘部分 , 而 与阴 极试 片紧密接触的中心 部位虽 然有 白色 的腐蚀 产 物 , 但看 不 见 明显 的腐蚀 . 这 说明实验 中基 本上 没 有 出现 缝隙腐蚀 的干扰 ; 也 说明在大气环境下 , 镁 合金 电偶腐蚀 作用距离是 有限 的 . ( 3 ) 与 2Q 3 5 碳 钢 偶接 的镁 合金 较 与 L Y 12 铝合金 偶接的镁 合金腐蚀 严 重 , 其 中青 岛 站与 Q 2 3 5 碳 钢偶接 的镁 合金 腐蚀 最为严重 , 实 验边缘表面 呈蜂窝状 , 腐蚀深 度可达 试样原 始厚 度的 2 / 3 , 边 缘甚 至 出现腐蚀缺 口 . 2 · 2 腐蚀产物分析 图 4 是 武汉 站中与 2Q 35 碳钢偶接 的 ZA gl D 镁合金腐蚀产 物的 X 射线衍 射谱 . 腐蚀 产物的 主 要相成分是 晶态 M g e o 3 · H Z o 和 M g S氏 · H Z o , 也 含有少量的 M g3 1C 2 ( O H ) ; · H ZO . 可以认为 , 二 氧 化硫加速镁的腐蚀 是通 过将有一定保护 作用 的氢 氧化物及碳酸盐组成的膜转化为可溶性的硫 酸盐 及亚硫 酸盐 . 另 外 , 试 样 上 还 有 微量 C as iO 3 和 30 4 0 50 60 7 0 80 9 0 2 侧( o ) 图 4 武汉站中与 2Q s3 碳桐偶接的 A gz l D 锐 合金启蚀产物 的 x 射线衍射谱 F i g . 4 C o r n招 i o n p n xl u e tS o f A Z g l D . la g esn l u m a lloy co u P I曰 w i th Q2 3 5 ca r b o n s te l I n w . h a n 2 . 3 大气腐蚀效应 采用质量损 失计算镁 合金 大气 电偶腐蚀 效 应 , 5 个周期每种 电偶对 中镁合金 的 电偶腐蚀 效 应见 图 5 和 图 6 . 图 s 镁 合金与不同材料佃接后的电佃腐蚀效应变化 . 《a) 3 个月 ; 《 b场 个 月 F 一忍 . 5 G a l v即 i e co r 阴l o n e r er c t o f m 鲍n es i u m a ll叮 e o u p lde w l t h o t h e r am t e r l a l s : 《 a ) 3 mou t hs ; ( b ) 6 「n o n t hs

·458· 北京科技大学学报 2006年第5期 1000 800 □AZ91D ■AM50 600 AM60 400 小大小大小大小大小大小大小大小大 200 Q235钢16L不锈铜H62黄铜Y12铝合金Q235钢B161不锈钢H62黄铜Y12钥合金 武汉 青岛 (a) 1800 1600 1400 ☐AZ91D 1200 AMSO ☐AM60 600 400 200 0 - 小大小大小大小大小大小大小大小大 Q235钢16L不锈钢H62黄铜Y12铝合金Q235钢316L不锈铜H62黄铜LY12铝合金 武汉 青岛 (b) 1200 1000 □AZ9ID AMSO 800 ☐AM60 600 400 小大小大小大小大小大小大小大小大 Q235钢B161不锈铜H62黄铜Y12铝合金 Q235钢316L不锈解H62黄铜Y12铝合金 武汉 青岛 (c) 围6键合金与不同材料偶接后的电偶腐蚀效应变化.(a)15个月；(b)20个月：(c)27个月 Fig.6 Galvanic corrosion effect of magnesium alloys coupled with other materials:(a)15 months;(b)20 months;(c)27 months 2.3.1实验环境对镁合金大气电偶腐蚀效应的 ℃.从污染程度来看，武汉大气中NO2,H2S和 影响 NH的污染较青岛要严重，但实验期间两地的 总体来说，青岛站的试样大气电偶腐蚀效应 SO2污染程度差不多，青岛大气中C1~含量要远 大一些，电偶腐蚀要更严重一些. 远高于武汉市.另外，从降水来看，青岛市的雨水 镁在大气中腐蚀的阴极过程主要是氧的去极 呈典型的弱酸性，而武汉市的雨水接近中性.这 化，其耐蚀性主要取决于大气的湿度及污染程度， 说明了大气中的CI~含量和降水pH值都是影响 杂质对镁的危害性较低.从相对湿度来看，青岛 镁合金电偶腐蚀的重要环境因素. 和武汉均属于高湿润区，两地大气的平均相对湿 2.3.2实验周期对镁合金大气电偶腐蚀效应的 度都能达到70%左右，另外两地的平均温度差异 影响 也不大，武汉的平均气温约高于青岛的气温3~4 在相同的实验环境下，对于同一种电偶对，大

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 ` 年第 5 期 圈 ` 钱合金 与不 同材料俩接后的电偶启蚀效应变化 . (a) 15 个月 ; ( b) 20 个月 ; ( c 】27 个月 lF g . ` G a lva n i e e o ~ l ou e f 卜兄 t o f 川 aI g口比 i um al loy s e o u P led w i t加 ot h e r . 以t e rl a l s : ( a 】1 5 确 n t抽 : 《b 】2 0 mo . t俪 ; ( e ) 2 7 ~ t抽 2 . 3 . 1 实验环 境对 镁合金大气 电偶腐蚀效应 的 影 响 总体来说 , 青岛站 的试 样 大 气电偶腐蚀 效应 大一 些 , 电偶腐蚀要 更严 重一些 . 镁在大气中腐蚀 的阴极过 程主 要是氧的去极 化 , 其 耐蚀性 主要取决 于大 气的湿度 及污染 程度 , 杂质对镁 的危害性较低 . 从 相对 湿 度来看 , 青岛 和武汉均属 于高湿 润 区 , 两 地 大 气的平均相 对湿 度都能达到 7 0 % 左右 . 另外两地的平均温度差异 也 不大 , 武汉 的平均气温约 高于 青岛的 气温 3 一 4 ℃ . 从 污 染 程 度 来看 , 武 汉 大 气中 N q , 珑 S 和 N 玩 的污 染较青 岛要 严 重 , 但 实验 期间两 地 的 以)2 污 染程 度差 不 多 , 青岛大气 中 lC 一 含 量要 远 远高于武汉市 . 另外 , 从降水来看 , 青岛市的雨 水 呈典型 的弱酸性 , 而 武汉 市的雨 水接近 中性 . 这 说 明了大气中的 lC 一 含 量 和 降水 p H 值都是 影 响 镁合金 电偶腐蚀 的重要环 境因素 . 2 . 3 . 2 实验周 期对 镁合金 大气 电偶腐蚀 效应 的 影 响 在相同的实验环境下 , 对于 同一 种电偶对 , 大