探究：镁合金应力腐蚀开裂机理

2016-11-16 10:09:10 作者：本网整理来源：强明闪镁途分享至：

    镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”，其具有密度小、比强度和比刚度高、电磁屏蔽性能好、导热性能好、减震性能高等诸多优点，但是，镁合金标准电极电位较低，化学稳定性较差，容易在介质环境中发生腐蚀破坏（尤其是应力腐蚀开裂），严重影响了其工业应用及产业化。

    困难重重的镁合金应力腐蚀开裂机理探索

    镁合金构件在使用过程中，不仅常暴露于外界介质环境下，还往往受到一定的外加应力作用，这使得镁合金极易发生应力腐蚀开裂。同时，由于镁合金的化学电极电位较一般金属低，极易发生电偶腐蚀，因此其应力腐蚀开裂往往伴随着其它的腐蚀形式，这使得对镁合金的应力腐蚀开裂机理的认知尤为困难。

    近些年来，有关镁合金应力腐蚀开裂的机制研究取得一定进展。但由于SCC过程复杂且影响因素众多，有关镁合金应力腐蚀开裂的机制尚难达成一致认识，其中得到较多学者认同的有阳极溶解-应力作用机制和氢致脆化-应力作用机制。

    阳极溶解-应力作用

    1具体作用过程

    镁合金应力腐蚀开裂的发生往往包括电化学、应力导致的膜层破裂的过程，形成“大阴极、小阳极”的状态，从而产生很高的瞬时电流密度。腐蚀的过程从撕裂的薄膜的滑移台阶开始，进而会诱发基面位错以及位错面上点蚀的形成。表面膜由于点蚀作用被穿透，阳极溶解就会加速进行，蚀孔中间的材料发生韧性断裂。同时韧性断裂的金属材料会诱发新的位错，从而促使开裂尖端的进一步溶解。镁合金内部的残余应力导致基面滑移，剧烈的电化学腐蚀作用极易使蚀孔产生裂纹形核，外加应力的作用促使裂纹扩展。

    2部分专家学者研究结果

    Meifeng He等研究认为，在镁合金表面形成多层Mg-Al金属间化合物膜层，在快速冷却过程中，由于膜层与基体的热膨胀系数不同导致膜层裂纹产生，降低其耐蚀性。

    A.N. Chamos等认为，由于腐蚀的作用，AZ31镁合金表面形成点蚀，产生应力集中，促使裂纹的产生及长大。

    氢致脆化-应力作用

    1具体作用过程

    在腐蚀电化学中，镁合金会发生析氢腐蚀，基体在应力作用下会产生氢浓度梯度，并在开裂尖端处富集。在较低的应变速率下，一旦氢浓度达到临界值，氢化物就会在开裂尖端沉淀，诱发脆变。大多数研究表明，氢元素的扩散促成了材料的脆化。氢元素往往聚集于材料的缺陷处，造成了材料基体原子键的削弱，同时氢易在第二相处形成氢化物，在外加应力的作用下容易发生开裂。同时，开裂尖端的应变集中导致了开裂尖端的塑性变形，阻止形成二次钝化膜，使开裂尖端一直处于活性状态。

    2 部分专家学者研究结果

    V.S. Raja等分别在Mg（OH）2饱和的0.01和0.1M NaCl溶液中，研究热轧Mg-Mn镁合金时发现，氯化物破坏了膜层，引起了点蚀和合金的氢脆倾向，裂纹通过点蚀萌生，并在氢的作用下以穿晶形式长大。

    M. Bobby Kannan等研究认为，经摩擦搅拌焊接AZ31镁合金板在腐蚀环境下进行慢应变拉伸测试，氢致开裂机理是其发生应力腐蚀开裂失效的主要原因。

    Chen Jian等在慢应变速率下在0.1M Na2SO4溶液中研究镁合金的应力腐蚀开裂性能，结果表明氢脆是引起AZ91镁合金应力腐蚀开裂的主要机理。

    Renguo Song等研究发现，ZE41镁合金在0.01M NaCl溶液中以10-6s-1的应变速率拉伸试验，具有一定的应力腐蚀敏感性，主要是由于阳极溶解及氢脆的共同作用。