表面纳米化Al-Zn-Mg合金的耐电化学腐蚀性能研究

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1、文章编号：1009—9441(201lJ04—0003—02表面纳米化Al—Zn—Mg合金的耐电化学腐蚀性能研究口口马晋芳(山西建筑职业技术学院，山西太原030006)摘要：采用电化学腐蚀方法，对表面机械研磨m—Zn—Mg合金表面的纳米晶结构层进行耐腐蚀性能研究，观测样品的腐蚀形貌并进行了能谱分析。结果表明表面纳米化后的Al—zn—Mg合金在Hcl溶液中的耐腐蚀性能下降，其主要原因是表面纳米晶结构层的形成使晶界体积比显著增加，和Cl。离子穿透钝化膜的作用使得电化学反应速度加快，导致纳米晶结构材料的腐蚀加剧。关键词：表面纳米化；纳米晶层；电化学腐蚀中图分类号：TG1

2、74．4；0657文献标识码：A引言材料经表面纳米化后，其力学性能能够大幅度提高⋯，表面化学处理旧。也更容易进行。但表面纳米化对材料耐腐蚀性能的影响如何还需进一步研究。本文对表面机械研磨Al—zn—Mg合金表面的纳米晶结构层在Hcl溶液中的电化学腐蚀行为进行了测试，并对其表层腐蚀形貌进行了观察与分析。l试验材料与方案本试验所用材料为Al—zn—Mg合金板，成分质量分数zn为5．92％，Mg为1．90％，余量为舢。通过表面机械研磨(SMAT)工艺∞o获得纳米晶结构层。试验所用样品为未表面纳米化的原始样品和分别经过表面机械研磨处理15min和60IIlin的Al—zn

3、—Mg合金。采用电化学腐蚀方法对Al—zn—Mg合金的耐腐蚀性能进行研究，腐蚀介质为1啪L／L的Hcl溶液。试验利用Ps—168A电化学测量系统，采用动电位扫描法得到样品的极化曲线。2试验结果与讨论2．1极化曲线分析图1为原始样品和分别经过表面机械研磨处理15Inin和60IIlin的灿一zn—Mg合金样品在Hcl溶液中的电化学极化曲线。从T也l曲线可以看出，在HCl溶液中，Al—zn—Mg合金样品的阳极极化曲线由阳极活化溶解区和活化一钝化过渡区两部分组成，说明在反应中产生了少量沉积物，但并没有形成结构完整的膜，导致钝化现象短暂且不明显。从A1一zn—Mg合金样品

4、在Hcl溶液中的电化学特征值表(见表1)可以看出，与原始样品相比，表面纳米化样品的自腐蚀电流值明显增大，分别达到了3．62n认和8．58mA，表明表面纳米化铝合金在Hcl溶液中的耐腐蚀性能下降，且研磨时间越长，耐腐蚀性能下降越明显。109f／(m从m2)图t样品在HCl溶液中的极化曲线表l电化学腐蚀性能特征值原始表面机械研磨时间电解质项目样品15min60minHCl溶液自腐蚀电流i一／mA2．813．628．58(1moL／L)自腐蚀电位E。。／mV一685—678—5352．2腐蚀形貌及能谱分析图2为Al—zn—Mg合金样品在Hcl溶液中的电化学腐蚀形貌。腐蚀

5、后，样品出现非常严重的剥蚀，剥蚀扩展到很深的基体金属内部，并有大量的金属层剥落。图2(a)、(b)、(c)分别为原始样品和纳米化不同时间后m—zn—Mg合金样品的腐蚀形貌。经表面机械研磨60nlin的样品表面明显很差，组织疏松严重。从表面机械研磨样品在Hcl溶液中腐蚀后建材技术与应用4／20”·3·图2样品在HCl溶液中的腐蚀形貌及对应的能谱分析对应的能谱分析可以看出，表层并没有合金元素出现，说明发生了严重的腐蚀，表面合金化层已剥落HJ。从图2(c)腐蚀形貌图可以看到，经过表面机械研磨60min的样品经Hcl溶液腐蚀后，在一定的深度范围内形成了孑L洞状疏松组织，能

6、谱分析发现腐蚀后表面层氯和氧的含量非常高，说明样品在Hcl溶液中发生了很严重的腐蚀。2．3讨论从以上结果可以看出，表面纳米化后m—zn—Mg合金样品在Hcl溶液中的电化学腐蚀性能下降。众所周知，处于晶界处的金属原子活性较高，易于发生腐蚀反应。纳米化后，铝合金纳米晶层的晶界体积比显著增加，晶界处的活性原子数增加。因参与反应的金属原子数增加，电化学反应速度较快，导致材料的腐蚀速度加快。另一方面，Cl一离子是特性吸附离子，其半径很小，穿透力强，Cl一离子通过扩散聚集，吸附在合金表面缺陷处，容易透过钝化膜内极小的孔隙，使钝化膜的结构发生变化，大大加速金属材料的腐蚀。另外，

7、cl一离子与铬酸根离子竞争金属表面上的吸附点，甚至可取代已吸附的钝化离子，使电极表面的这些区域成为活性点，改变了钝化膜的溶解机制，导致钝化膜减薄，使材料表面钝化膜的保护性能降低【5J，因而在Tafel曲线的阳极极化曲线中出现了不明显的钝化现象。因此，晶粒尺度是影响Al—zn—Mg合金表面纳米晶结构层耐腐蚀性能的主要因素。李瑛等怕1研究低碳钢在酸性溶液中的腐蚀行为时也发现，晶粒尺度是影响纳米材料电化学腐蚀的主要因素，材料的腐蚀行为存在明显的尺寸效应，腐蚀速度随晶粒尺度的增加而减小；同时，微观应力也是影响材料腐蚀速度的因素。因此，对于活性金属来讲，表面纳米化并不能提高

8、材料的抗腐