镁合金点蚀和丝状腐蚀动态生长过程的原位研究

Corrosion failure of Mg alloys is mainly associated with local corrosion. Pitting and filiform corrosion are the commonest corrosion status, which show great destructibility and potential safety hazard to Mg alloys. If the pitting and filiform corrosion mechanisms are clarified, it is helpful to improve the corrosion resistance of Mg alloys. However, the pitting and filiform corrosion of Mg alloys cannot be explained by the classical mechanisms obtained from other metals. Also the current research results cannot well explain why the pitting corrosion propagates along the deepth direction but the filiform corrosion progragates along horizonal direction. In this project, in-situ local measurement techniques (SVET, SIET, ECAFM) combined with the traditional corrosion investigation methods are used to study the local electrochemistry information as well as the corrosion morphologies and products, aiming to determine the control step of corrosion rections and the transfer process of the corrosive electrolytes, clarify the driving force of the corrosion pits propagating along their special paths, estalish the models of the pitting and filiform corrosion of Mg alloys. The optimum microstructure and appropriate application environments for depressing the pitting and filiform corrosion of Mg alloys can be obtained based on the above results, which can provide theoretical basis for improving the corrosion resistance of Mg alloys.

镁合金的腐蚀失效几乎全部是由局部腐蚀引起的，点蚀和丝状腐蚀是最常见的两种局部腐蚀形态，破坏性和隐患性非常大，明确点蚀和丝状腐蚀生长机制可以指导镁合金耐蚀性的改善。然而，镁合金的点蚀和丝状腐蚀无法用现有的适用于其他金属材料的经典机制进行解释，且目前的研究结果也不能解释点蚀向基体纵深发展，而丝状腐蚀在水平方向沿一定路径向前延伸的原因。本项目拟将微区原位测试技术（SVET，SIET，ECAFM等）与传统腐蚀研究方法相结合，研究镁合金腐蚀过程中微区电化学信息及形貌、腐蚀产物等特征，确定镁合金点蚀和丝状腐蚀反应的控制步骤及其腐蚀介质的传输过程，明确点蚀和丝状腐蚀发展的驱动力，建立镁合金点蚀和丝状腐蚀生长机制模型。据此确定能够抑制镁合金发生点蚀和丝状腐蚀的最佳微观结构及适宜的使用环境,为提高镁合金耐蚀性提供科学依据。

点蚀和丝状腐蚀是导致镁合金部件失效最常见的局部腐蚀形态，但这两种腐蚀形态的形成机制尚不清楚。本课题采用SVET、ECAFM原位检测了腐蚀的生长过程，研究了微观结构和腐蚀介质对腐蚀萌生和发展的影响，确定了腐蚀的控制步骤，明确了点蚀和丝状腐蚀沿相应路径发展的驱动力，取得的重要发现如下：. 镁合金的点蚀和丝状腐蚀都是随着腐蚀微电偶对中微阳极区的发展动态生长的，阳极反应是腐蚀的控制步骤。在含有大尺寸第二相的镁合金表面，第二相与镁基体会形成腐蚀微电偶对，生成疏松的产物膜，氯离子会穿透该膜层抵达镁基体，导致点蚀的萌生。同时，大尺寸第二相从镁基体表面延伸到基体内部，且氯离子十分容易富集在疏松的腐蚀产物中，第二相的微电偶腐蚀加速和氯离子的破坏性两者协同作用，是点蚀沿纵深发展的驱动力，最终导致点蚀的形成。在含有小尺寸第二相的镁合金中，第二相与镁基体之间的微电偶腐蚀加速效应较弱，腐蚀点在表面萌生后，由于第二相嵌入基体内部体积很小，在纵深方向的微电偶效应随着第二相的消失而终止，因此不容易继续向深度方向发展成为点蚀。但氯离子在疏松产物膜中存在分布不均匀的情况，一旦某处氯离子浓度高，腐蚀就会沿着氯离子浓度高的方向向前扩展，形成丝状腐蚀，氯离子在丝头的富集是腐蚀丝向前发展的驱动力。总之，第二相的尺度越小，数量越少，与镁基体的电位差越小，形成的微电偶腐蚀加速作用越弱，点蚀和丝状腐蚀形成的可能性越小，同时要尽量避免在含氯的环境中使用镁合金部件。从镁合金的微观结构和使用环境两方面综合考虑，可以有效抑制镁合金点蚀和丝状腐蚀的破坏作用。. 本项目按计划完成了所有研究内容，取得了预期的研究成果，共发表论文9篇（包括SCI论文7篇），相关结果获得了辽宁省技术发明一等奖（镁合金的腐蚀防护及提高使役性能的关键技术），在国内会议做邀请报告2次，口头报告1次。课题负责人2017年当选“亚太材料学院”副院士，2018年入选“辽宁省百千万人才工程”百人层次，毕业博士1名，硕士3名。