塔菲尔外推法测定镁合金腐蚀速率

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1、.用塔菲尔外推法测定镁合金的腐蚀速率石志明刘明AndrejAtrens关键词：镁腐蚀失重法塔菲尔外推法析氢法摘要：利用极化曲线塔菲尔外推法来充分估计镁合金的腐蚀的假说，在这里称为镁的电化学测量假设。原则上，可以用一个有效的反例反驳。宋和Atrens在2003年的镁腐蚀的论文就表明，关于镁合金，塔菲尔外推法不能可靠地测定腐蚀速率。本文考察了近期文献，进一步研究镁的电化学测量假设。文献表明，利用极化曲线的塔菲尔外推法所测定的镁合金腐蚀速率与失重法和析氢法腐蚀速率不同。典型的偏差介于50%-90%，这些远大于精确测量方法的误差，同时也表明，需要对镁的塔菲尔外推法仔细

2、的审查。但本文研究并不打算用塔菲尔外推法说明镁的腐蚀及相关应用，强烈建议这些测量应由至少两个其它三个简单的测量方法使用补充：（一）重量损失率，（二）析氢速率，（三）镁离子离开金属表面速率。这个方法比没有补充的好很多。1.简介因镁合金密度低，有足够的强度重量比和良好的铸造性，镁合金常常应用于交通运输（如汽车制造），然而它的防腐性能差[1–5]。。因此，目前有许多关于镁腐蚀应用的研究，这些研究是依赖于极化曲线的塔菲尔外推法测定的腐蚀速率。这样关于镁的研究依赖于此处称之为电化学测量假设，即用极化曲线的塔菲尔外推法可充分估计镁合金的腐蚀速率。原则上，这样的假设可以用一

3、个有效的反例推翻，宋和Atrens的镁腐蚀的文章就表明，塔菲尔外推法并没有可靠的估计镁合金腐蚀速率。本文的范围是检验最近进一步探讨镁电化学测量假说的文献，一个辅助的目的是方便镁合金的开发和理解镁应用的腐蚀，从而确保这类研究尽可能有效。2.腐蚀速率测定方法最简单、最根本的腐蚀速率的测量方法是测量金属的腐蚀速率，PW(mg/cm2/d)，这可以使用[6-9]公式（1）转换为平均腐蚀速度（mm/y）PW=3.65△W/ρ（1）ρ是金属的密度(g/cm3)，镁合金的密度ρ是1.74g/cm3。（1）就变为：......PW=2.10△W（2）在整体的纯镁的腐蚀反应中，

4、每个镁分子产生一分子的氢气，每摩尔（22。4L）氢气由一摩尔金属镁（24。31g）产生，因此，氢气产生速率VH(ml/cm2/d)与金属的重量损失率△Wm(mg/cm2/d)是相关的，使用[2,10–14]△W=1:085VH（3）相应的腐蚀速率pH的估计可以由式（3）带入式（2）给予PH=2.279VH（4）对于镁的腐蚀，失重法测得的腐蚀速率与析氢法测得的腐蚀速率有很好的一致性[2,10,13,15]，图1是铸造镁合金AZ9148小时和96小时的浸泡试验在1MNaCl溶液中的独立测量的重量损失率和析氢速率交会图[13]，图1中的曲线与所用数据比较适合，然而，

5、这条线并不是很恰当的利用数据所绘制。实际上，这条曲线是公式（3）的理论期望的绘制。同宋和Atrens的论文所表明的一样，这个数据表明通过失重法测得的腐蚀速率与通过析氢法独立测量的腐蚀速率有±10%的误差。在用外推法测量镁的腐蚀速率中，腐蚀电流密度icorr(mA/cm2)是通过极化曲线的阴极分支来估测的，并且利用公式（5）腐蚀电流密度与平均腐蚀速率是有关的Pi=22.85icorr（5）图1铸造镁合金AZ91在1MNaCl溶液中48小时和96小时的浸泡试验独立测量的重量损失率和析氢速率交会图，这条直线不光是简单的通过实验数据点线，也是理论预期绘图。用塔菲尔外推

6、法定量措施测定的腐蚀速率是非常有效的。一种方法是评估所测腐蚀速率与标准腐蚀速率的偏差，用失重法测得的腐蚀速率PW与析氢法所测得的腐蚀速率PH......，都可以作为与外推法测得的腐蚀速率的一个标准，实验已经证明PW与PH很吻合。对于用塔菲尔外推法所测得的腐蚀速率相对误差可以用ei=︱(Pi-PW)/PW︱×100（6）或ei=︱(Pi-PH)/PH︱×100(7)一种同样有效的替代措施是PW/Pi的比，如果PW能很好的估计Pi，这个比例就是恒定的。镁的腐蚀有一个奇怪的现象，阳极极化不但增加了镁离子的离子量还增加了氢气的产生[1–3]。这是在第5条中总结的，最好

7、的解释是部分化学腐蚀反应与电化学相当。如果重量损失率能很好测定总的腐蚀速率、腐蚀电流密度测量能很好的测量总腐蚀中电化学腐蚀速率，其结果是PW/Pi预计有一个1到2的比值。1.塔菲尔外推法测量腐蚀速率1.1.纯镁，AZ91和ZE41在1MNaCl溶液中表1[15]是纯镁、AZ91和ZE41在1MNaCl溶液中的腐蚀速率。这三种合金都是铸态的并且是高纯度的,即杂质含量都低于合金中所能容纳杂质极限。[16]AZ91和ZE41都是两相合金，在每一相中第二相并不是连续的，所以第二相并没有为第一相提供一个有效的阻碍[2,13,17]。试样封装在树脂里并且只有一个面暴露在溶

8、液中，这种方法便于对试样腐蚀形态的查看