固溶温度对ZK60镁合金耐腐蚀性能的影响
2018-09-11 11:11:33
作者：李庆芬 来源：腐蚀与防护
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镁合金被喻为“二十一世纪的绿色材料”，但较差的耐腐蚀性能使镁合金的应用范围受到了很大的限制。
近年来，有关镁合金耐腐蚀性能的研究表明，提高镁合金耐腐蚀性能的途径主要包括采用物理、化学或机械方法对合金表面进行处理和采用热处理、细晶化、合金化等手段对合金进行处理。
固溶处理工艺有利于合金形成单向固溶体，提高其耐腐蚀性能，因此本文以Mg-Zn-Zr合金（ZK60镁合金）为研究对象，研究了固溶处理温度对其耐腐蚀性能的影响规律。
试样制备与试验方法
试验用材料为长沙银天轻合金有限公司生产的铸态ZK60镁合金，其化学成分如表1所示。
表1 ZK60镁合金的化学成分（质量分数）
将合金在SX-8-14型快速升温电阻炉中进行固溶处理，固溶温度分别为200、250、300℃，保温24h后，在室温下水淬。固溶处理后采用线切割截取试样，试样经打磨、抛光后，采用苦味酸溶液腐蚀，在扫描电子显微镜（SEM）下观察合金的显微组织。
静态腐蚀试样经机械打磨抛光后，采用无水乙醇超声波清洗并进行干燥处理，然后在精度为0.0001g的分析天平上称重并记录。将试样浸泡在质量分数为3.5%的NaCl溶液中96h，试验温度为（26±1）℃，试样尺寸为10mm×10mm×20mm。将腐蚀后的试样在沸腾铬酸溶液中清洗5~10min去除表面的腐蚀产物，再经蒸馏水清洗、无水乙醇擦拭、吹风机吹干后，采用电子分析天平秤重后计算腐蚀速率，并在扫描电子显微镜（SEM）下观察试样的腐蚀形貌。
电化学腐蚀试样用铜导线连接后，放入PVC管用环氧树脂封装，试样工作面积为100mm2，在瑞士万通PGSTAT302N电化学工作站上进行电化学测试，采用三电极体系，工作电极为不同温度固溶后的ZK60镁合金试样，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂片电极，试验温度为26℃，腐蚀介质为3.5%NaCl溶液。为得到稳定的开路电位，测试前先将试样在NaCl溶液中浸泡30min，极化扫描区间为-2.0~-1.0V，扫描速率为1mV/s，交流阻抗测试的频率范围为10mHZ~100kHz，电压振幅为5mV。
试验结果与讨论
1 对显微组织的影响
由图1可知：铸态和不同温度固溶后ZK60镁合金的组织均由α-Mg基体与呈连续网状分布在晶界上的第二相组成；随着固溶温度的升高，晶界上的第二相明显减少且呈不连续分布；经300℃固溶处理后，组织的第二相几乎完全固溶在基体中，这说明铸态组织中的第二相经此固溶处理后溶入在基体中。
2 对耐腐蚀性能的影响
由试验结果可知，腐蚀速率随着固溶温度的升高呈先升高后降低的趋势；当固溶温度为200℃时，其腐蚀速率略高于铸态的，经300℃固溶处理后合金的耐腐蚀性能最好。
经200℃固溶处理后，合金的耐腐蚀性能比铸态合金的略差。随着固溶温度的升高，晶界上的第二相大部分溶入基体内，微电池效应减弱，从而提高了合金的耐腐蚀性能，腐蚀速率也相应降低。
结合图1的微观组织可知：铸态和经200℃固溶处理的合金中第二相含量较高且分布在晶界处，由于第二相与基体之间有较大的电位差，促进了微区电化学反应，因此产生了严重的晶界腐蚀；合金经250，300℃固溶处理后，大部分第二相溶入基体中，微电池效应减弱，从而提高了合金的耐腐蚀性能。
3 对电化学性能的影响
由图3可知：经250，300℃固溶处理后，合金的容抗弧半径比铸态合金的大；经200℃固溶处理后，合金的容抗半径最小。高频容抗的模值越大，反应越慢，阳极合金的腐蚀速率越小，合金的耐腐蚀性能越好，所以经300℃固溶处理后，合金的耐腐蚀性能最好，这与采用失重法得到的试验结果相吻合。
图3 铸态和不同固溶温度固溶后ZK60镁合金在3.5%NaCl溶液中的Nyquist图
图4 铸态和不同固溶温度固溶后ZK60镁合金3.5%NaCl溶液中的极化曲线
表2 不同固溶不同固溶温度固溶前后ZK60镁合金在3.5%NaCl溶液中的电化学参数
合金的自腐蚀电位越大，自腐蚀电流密度越小，则合金的耐腐蚀性能就越好。根据图4和表2可知，经300℃固溶处理后的合金耐腐蚀性能最好，其自腐蚀电流密度为0.011639mA·cm-2，自腐蚀电位为-1.5110V，这与失重法和Nyquist图的分析结果相吻合。
结论
（1） 铸态ZK60镁合金经固溶处理后，合金中的第二相含量明显减少，且由连续分布变为不连续分布；经300℃固溶处理后，组织中的第二相几乎完全固溶在基体中。
（2）随着固溶温度的升高，合金在质量分数3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率先升高后降低，经300℃固溶处理后，合金的耐腐蚀性能最好。
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