第３期总第１８７期 ２ ０ ｌ ０年６月 冶 金 丛 刊 ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＳ Ｓｕｍ．１８７ ＮＯ．３ Ｊｕｎｅ ２ ０ １ ０ 混合稀土阻燃镁合金ＡＺ９ １ Ｄ的腐蚀性能分析 邓正华 （重庆三峡学院应用技术学院，重庆万州４０４０００） 黄 锐 （贵州航天控制技术有限公司，贵州贵阳５５０００９） 摘 要 利用静态失重法、极化曲线研究了ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ镁合金在３．５％ＮａＣＩ溶液中的腐蚀行为。结果表 明，加入０．１％ＲＥ提高了镁合金的平衡电位和腐蚀电位，降低腐蚀电流，从而显著降低合金的腐蚀速度。 关键词阻燃镁合金；ＲＥ；腐蚀性能 中图分类号：ＴＧ１４６．２ ３；ＴＧ１７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—３８１８（２０１０）０３—０００７—０３ ＣｏＲＲｏＳＩｏＮ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＯＦ ＩＧＮＩＴＩｏＮ．ＰＲｏｏＦ ＡＺ９ １ Ｄ ＭＡＧＮＥＳＩＵＭ ＡＬＬｏＹＳ ＡＤＤＥＤ ＷＩＴＨ ＲＥ Ｄｅｎｇ Ｚｈｅｎｇｈｕａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅａｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｗａｎｚｈｏｕ ４０４０００，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ） Ｈｕａｎｇ Ｒｕｉ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００９，Ｇｕｉｚｈｏｕ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ＡＺ９ １ Ｄ一０．１％ＲＥ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｎ ３．５％ＮａＣ１ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｗｅｉｇｈｔ—ｌｏｓｓ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．ｗｈｅｎ ０．１％ＲＥ ｗａｓ ａｄｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｉｇｎｉｔｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 镁合金具有比重小、比强度和比刚度高、阻尼性 能好、易切削加工等优点。但由于镁的化学性质活 泼，非常容易氧化、燃烧，导致镁合金无法在大气条 件下直接进行熔炼和浇注。氧化燃烧现象一直困扰 着镁合金的生产，严重地阻碍了镁合金产品的大规 模应用。相关资料表明，在镁合金中添加混合稀土 来改善镁合金阻燃性能，当ＡＺ９１Ｄ镁合金中混合稀 土含量达到０．１％时，阻燃效果最好，提高起燃温度 约２０６￣Ｃ…。加入新的合金元素是改善其耐蚀性的 途径之一。为此本试验针对ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ镁 合金，主要研究了它在３．５％ＮａＣ１水溶液中的腐蚀 行为，并探讨ＲＥ提高合金耐腐蚀性能的机理。 １ 试验方法 １．１熔铸工艺 作者简介：邓正华（１９８２一），男，硕士研究生，重庆三峡学院应用技术学院 本试验所用原材料分别为９９．９５％的镁锭、 ９９．７％的工业纯铝、Ａ１—１０％Ｍｎ中间合金、９９．９５％ 的锌锭、Ａ１—１０％ＲＥ（ＲＥ为富Ｌａ混合稀土，）中间 合金。试验用镁合金的实际成分经化学分析见表 １。在电阻炉内用石墨坩埚熔配ＡＺ９１Ｄ合金，以（不 含结晶水）６０％ＭｇＣ１，加３０％ＫＣ１加５％ＢａＣｌ，再 加５％ＣａＦ 的自制混合熔剂作为覆盖剂。镁合金熔 化后在７５０℃左右加入Ａ１—１０％ＲＥ中间合金，保温 一段时间并充分搅拌均匀，于７１０ｃＩ＝浇入被预热 ２５０℃左右的低碳钢金属型中。金属型试样的尺寸 表１合金的化学成分（质量浓度）
％ 冶金丛刊 总第１８７期 为１０ｒａｍ Ｘ １０ ｍｍ Ｘ５ｍｍ，以备加工腐蚀试样用。 １．２腐蚀试验 （１）静态失重法。采用静态失重法测合金在 ３．５％ＮａＣ１水溶液中的腐蚀速率。溶液体积为 ４００ｍｌ，ｐＨ值控制为７，温度２５℃。浸泡前所有试样 经金相砂子研磨处理。依次用乙醇、丙酮清洗后干 燥称重。将试样置于３．５％ＮａＣ１溶液中，每隔２４小 时取出并清除试样表面的腐蚀产物，吹风机吹干后， 用万分之一感量的电子天平称取试样腐蚀前后的质 量，计算腐蚀速率： Ｖ＝ ＝— （１） 式中 一试样的腐蚀速率； ｍ ——试样腐蚀之前的质量； ／ｎ，——试样腐蚀后的质量（清除腐蚀产物）； Ａ——试样的面积； ｔ——腐蚀的时间 。 （２）动电位扫描测试。将铸件加工成端面积为 １０ｒａｍ 的圆柱形电极，采用三电极测试体系，铂电 极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，介质为 模拟海水（由分析纯ＮａＣ１试剂和蒸馏水配制成３． ５％ＮａＣ１溶液），实验温度为室温。电位扫描速率为 ０．５ｍＶ／ｓ 。 ２试验结果与分析 ２．１ 混合稀土对显微组织的影响 图１为ＡＺ９１Ｄ镁合金的典型铸态金相组织 。 基体组织为 固溶体，在晶界上成网状分布的是脆 性金属间化合物Ｍｇ。，Ａ１ 该化合物能提高合金机 械性能。散布在 相中黑点是细小的Ｍｎ—Ａ１化合 物质点。
图１ ＡＺ９１Ｄ镁合金的典型铸态组织（铸态，５００ ｘ） 图２显示的是ＡＺ９１Ｄ镁合金加入０．１％ＲＥ后 的铸态组织。Ｍｇ。，Ａ１。 相不再是连续的网状，而变为 了断续、弥散分布的骨骼状和粒状。ＲＥ在显微组织 中主要起细化晶粒、强化晶界和相界的作用，原因是 稀土元素是表面活性元素，可以降低金属液体的表 面张力，从而降低形成晶界尺寸晶核所需的功，增加 结晶的核心。另一方面，稀土元素和铝可以形成如 Ａｌ ｃｅ、Ａｌ Ｌａ等金属间化合物，它具有很高的熔化温 度，在金属液体凝固之前便已形成，可以作为非自发 结晶的核心，并且这些粒子的存在，可以阻止晶粒长 大，使原来ＡＺ９１Ｄ中的铸态枝晶变得更细小、分布 更弥散 。 合金的腐蚀一般先发生在晶粒内部，而晶界处 较耐腐蚀。加入０．１％ＲＥ后使的合金晶粒细化，增 加晶界，从而有利于改善合金的腐蚀性能。
．ＩＩＩ ０ 三 ｝ｃ ， 。
、 ７ 图２ ＡＺ９１Ｄ＋０．１％ＲＥ的铸态组织（铸态５００×） ２．２ 腐蚀性能 （１）失重法。图３为失重法测得的ＡＺ９１Ｄ一 ０．１％ＲＥ镁合金在３．５％ＮａＣＩ溶液中腐蚀速度曲 线。ＡＺ９１Ｄ合金的腐蚀速度随腐蚀时间的延长而 快速增加，腐蚀速度的绝对值较大，见图３中的ａ曲 线。图３中的ｂ曲线为加人０．１％ＲＥ后对ＡＺ９１Ｄ 镁合金在３．５％ＮａＣ１溶液中的腐蚀速度影响。对比 可知，加入０．１％ＲＥ可以显著降低ＡＺ９１Ｄ镁合金 在３．５％ＮａＣ１溶液中的腐蚀速度。ＡＺ９１Ｄ一０．１％
图３ ＡＺ９１Ｄ（ａ）和ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ（ｂ）的腐蚀速率 ，｜唧 擘
奄 第３期 邓正华等：混合稀土阻燃镁合金ＡＺ９ １ Ｄ的腐蚀性能分析 ・ ９ ・ ＲＥ合金的腐蚀速率仅是ＡＺ９１ Ｄ合金的１／６。 图４为铸态ＡＺ９１Ｄ、ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ合金在 ３．５％ＮａＣ１水溶液中经２小肘浸泡后腐蚀试样表面 的宏观形貌对比。可见，铸态ＡＺ９１Ｄ合金的表面腐 蚀严重，已经失去金属光泽，而且是表面整体受到腐 蚀。腐蚀由表向内不断发展，当腐蚀产物剥落后在 试样表面留下许多腐蚀深坑。而在同样的条件下，
（ｂ）ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ 图４铸态合金腐蚀试样的宏观形貌（３．５％ＮａＣ１，２ｈ） ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ合金腐蚀表面仅有少量的点状腐 蚀，表面保持金属光泽。这进一步说明混合稀土的 加入可提高合金的耐腐蚀性能，减小合金的腐蚀 速率。 （２）极化曲线测定结果。图５为合金ＡＺ９１Ｄ （ａ）和ＡＺ９１Ｄ＋０．１％ＲＥ（ｂ）在２５℃的３．５％ＮａＣ１ 溶液中的极化曲线。可以看出，与ＡＺ９１ Ｄ相比， ＡＺ９１Ｄ＋０．１％ＲＥ的平衡电位及腐蚀电位提高了很 多，主要抑制了腐蚀的阴极过程。根据法拉第定律， 腐蚀速度与电流密度成正比，由此可知，在本试验范 围内，ＡＺ９１Ｄ合金的耐腐蚀性能较差，阻燃镁合金 ＡＺ９１Ｄ＋０．１％ＲＥ的耐腐蚀性能大大提高。
图５ ＡＺ９１Ｄ（ａ）和ＡＺ９１Ｄ＋０．１％ＲＥ（ｂ）的极化曲线 ３ 结论 （１）ＲＥ可使ＡＺ９１Ｄ晶粒细化，具有强化晶界 和相界的作用。 （２）ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ阻燃镁合金在氯化钠溶液 中具有优良的耐腐性，腐蚀速率只有ＡＺ９１Ｄ的１／６。 （３）阻燃镁合金ＡＺ９１Ｄ一０．１％ＲＥ耐腐蚀的 原因主要是因为加入０．１％ＲＥ后提高了合金的平 衡电位及腐蚀电位。 参 考 文 献 ［１］ 邹永良，李华基，薛寒松．混合稀土对ＺＭ５镁合金熔炼起燃温度的影响［Ｊ］．重庆大学报，２００３，２６（５）：３３—３６． ［２］刘生发，王慧源，徐萍．钕对ＡＺ９１镁合金腐蚀性能的影响［Ｊ］．铸造，２００６，５５：２９６—２９９． ［３］王喜峰，齐公台，蔡启舟．混合稀土对ＡＺ９１镁合金在ＮａＣＩ溶液中的腐蚀行为影响［Ｊ］．魏伯康材料开发与应用，２００２，１７（５）：３４—３６ ［４］ 陆文华，李隆盛，等．铸造合金及其熔炼［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７．