镁-锂合金表面腐蚀防护研究要点

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1、高等化工热力学大作业镁-锂合金表面腐蚀防护进展摘要镁锂合金是目前最轻的金属结构材料，除了具有一般镁合金的高比刚度、高冲击韧性、良好切削加工性等优点外，镁锂合金还具有密度小、塑性好、易加工以及优良的电磁屏蔽等性能。但是镁锂合金的耐蚀性能极差，严重限制了该合金的实际应用。简单描述了金属的腐蚀原理。综述了近5年来国内外镁锂合金表面防护技术的研究进展，包括化学转化、阳极氧化、电镀、化学镀、气相沉积、有机–无机杂化涂层和热压技术等。关键词：镁锂合金，腐蚀原理，表面处理10高等化工热力学大作业1前言近年来，环境能源问题日益受到人们的关注。在能源日渐紧张的今天

2、，镁合金材料的研制引起了各国广泛的关注。美国、德国、日本、韩国和中国等都制定了镁合金的研发计划，有力地推动了镁合金的研究与应用。在众多镁合金体系中，镁锂合金作为一种性能优异的新型变形轻金属结构材料，更为各国所瞩目，成为研究的热点。镁锂合金是目前最轻质的合金。镁的密度为1.74g/cm3，锂的密度为0.53g/cm3，在镁中加入合金化元素锂，可使合金的密度降低到1.35-1.65g/cm3，为铝合金系的1/2-2/3，为普通镁合金的3/5-3/4，比玻璃橡胶等许多无机物及有机物还轻。镁锂合金不仅具有一般镁合金所具备的良好的阻尼减震性、导热性、电磁屏

3、蔽性、抗高能粒子穿透能力以及机加工性能优良、易回收等特点，而且还具有高比强度、比刚度、弹性模量和良好的高、低温韧性，在航空、航天、汽车、产业、医疗器械等领域都有着广阔的应用前景。但是，镁锂合金的大量使用尚有自身需克服的问题。例如合金熔炼困难，强度低，热稳定性和力学稳定性差等。其中，限制镁锂合金应用的最大障碍是其极差的抗腐蚀能力。由于锂的活性很高，合金化元素锂的加入使合金的耐腐蚀性极差，低于其他种类镁合金，采用适当的表面防护能够提高镁锂合金的耐蚀性。2金属电化学腐蚀倾向的判断人类的经验表明，一切自发过程都是有方向性的。过程发生之后，它们都不能自动的

4、回复原状。例如，把锌片浸入稀的硫酸铜溶液中，将会自动发生取代反应，生成铜和硫酸锌溶液。但若把铜片放入稀的硫酸锌溶液里，却不会自动的发生取代反应，也即逆过程不能自动发生。又如电流总是从高电位的地方向低电位的地方流动；热的传递也总是从高温物体流向低温物体，反之是不能自发进行的。所有这些自发变化的过程都有一个显著的特点——不可逆性。2.1腐蚀反应自由能的变化与腐蚀倾向金属腐蚀过程一般都是在恒温恒压的敞开体系下进行，根据热力学第二定律，可以通过自由能的变化（）来判断化学反应进行的方向和限度。对一个任意的化学反应，它的平衡条件为其中对于反应物而言取负值，对

5、于生成物来说则取正值。在恒温、恒压条件下腐蚀反应总自由能的变化为：10高等化工热力学大作业因此当过程自发进行；平衡状态；过程逆向进行。从热力学观点来看，腐蚀过程是由金属与其他周围的介质构成了一个热力学上不稳定的体系，该体系有从不稳定趋向向稳定的倾向。这种倾向的大小可以通过腐蚀反应自由能的变化来衡量。对于各种金属，这种倾向是很不相同的。若腐蚀反应可能发生，自由能变化的负值愈大，一般表示金属愈不稳定。如则表示腐蚀反应不可能发生，自由能变化的正值愈大通常表示金属愈稳定。值得指出的是，用计算值得到的金属腐蚀倾向的大小并不腐蚀速度的大小。也就是说，具有较高

6、负值的，也并不一定表示具有较高的腐蚀速度。因为它还取决于各种因素对反应过程的影响。因此为负值时，腐蚀反应速度可大可小；而为正值时，可以肯定，在所给条件下，腐蚀反应将不可能发生。2.2可逆电池电动势和腐蚀倾向从腐蚀的电化学原理出发，金属的腐蚀倾向也可以用腐蚀过程中主要反应的腐蚀电池电动势来判别。从热力学可知，在恒温恒压下，可逆过程所做的最大非膨胀体积功等于反应自由能的减少。即为非膨胀功。如果非膨胀功只有电功一种，则式中Q——电池反应提供的电量，C；E——电池电动势，V；n——反应的电子数；F——法拉第常数。由此可得：上式表明，可逆电池所做的最大功（

7、电功）等于该体系的自由能减少。所谓的可逆电池，它需满足如下条件：a.电池中的化学反应必须是可逆的；b.可逆电池不论在放电或者是充电时，所通过的电流必须十分小，亦即电池应该在接近平衡状态下充电或者是放电。10高等化工热力学大作业因此，腐蚀反应的自由能变化也可以用下式表示：式中——腐蚀电池中阴极反应的平衡电位；——腐蚀电池中阳极反应的平衡电位。由于腐蚀反应必须在时，才能自发进行。因此腐蚀电池中这对电极相互耦合的能量条件是可见，若金属的标准电极电位比介质中某氧化剂物质的标准电极电位更负时，腐蚀可能发生，反之变不可能发生。3提高镁锂合金耐表面防护的措施3

8、.1化学转化化学转化是采用化学处理液，在金属表面形成氧化物或金属化合物钝化膜。化学转化膜较薄，结合力较弱，只能减缓腐蚀速度，并不能有效地