镁合金SCC敏感性影响因素

机械工程材料 2016-12-02 19:59

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'...

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。

那么,镁合金SCC敏感性影响因素究竟有哪些呢?

1 合金元素

研究表明,纯镁并不发生应力腐蚀开裂,不同合金元素对镁合金的应力腐蚀开裂敏感性的影响不同。

含Zr的镁合金一般不会发生应力腐蚀开裂,而Zn会诱发镁合金的应力腐蚀开裂;Mg-Mn系镁合金一般在潮湿、含氯化物、铬酸盐等环境中才会发生应力腐蚀开裂。但由于形成的AlMnFe相对于基体相显贵性,AM60镁合金微观腐蚀形貌更加局部化。

同时,Mn的固溶效果差、易偏析,容易降低材料塑性。镁合金本身因六方晶格排列塑性就偏低,进一步降低塑性会大大影响此类镁合金的产业应用。Fe在镁合金中的危害性通常最大,形成的FeAl弥散在晶粒内构成阴极,在应力腐蚀条件下易形成腐蚀电池;镁合金中Al含量在1.5 wt.%-6 wt.%时,其应力腐蚀的敏感性随Al含量增加而增加。

第二相在Mg-Al系镁合金中的穿晶应力腐蚀开裂扮演着重要的角色。Mg-Al系及Mg-Al-Zn系镁合金有着较高的敏感性,由于此合金易形成非连续的不均匀第二相Mg17Al12,它具有较基体更正的氢过电位,从而充当阴极造成基体腐蚀。

稀土元素能够抑制Al在晶界的偏聚(稀土的团聚效应使之与稀土形成了稀土化合物),从而降低第二相Mg17Al12的含量,提高镁合金的应力腐蚀开裂抗力。选择合适的合金成分,对降低镁合金应力腐蚀开裂敏感性意义重大。

2 腐蚀环境

镁合金对不同环境及环境中的不同离子的应力腐蚀开裂敏感性不同。在乡村大气环境下,AZ91镁合金保持很强的应力腐蚀开裂敏感性;在蒸馏水环境中,其敏感性依旧很强。

通常实验室采用3.5%NaCl+2%K2Cr2O7 的溶液加速测试镁合金的应力腐蚀开裂敏感性。Cr2O7-2促使表面的钝化,Cl-则会破坏局部钝化膜,两者的配比决定了镁合金表面成膜、膜局部破坏而产生较大腐蚀电流的局部腐蚀的可能性。Cl-加速电化学的进程,在含有Cl-等的腐蚀环境里,镁合金表现出明显的应力腐蚀敏感性。

一般而言,F-对镁合金具有缓蚀作用,高浓度的F-可促进修复破损的膜层,但镁合金在KHF2 溶液中则有应力腐蚀开裂倾向。

3 应力应变

镁合金在加工制造、焊接、装配中均会留有一定的残余应力。这部分残余应力的存在会降低材料承受的外界载荷,引起裂纹的萌生、扩展。一般应变集中在开裂尖端处,阻止了开裂尖端处的二次钝化,促进阳极的快速溶解。

材料表面存在周向沟痕或疲劳裂纹时,易引起应力集中,提高材料的应力腐蚀开裂敏感性。高内应力促使膜层开裂,导致材料表面产生点蚀。裂纹的扩展速度与应力场强度因子存在着一定的关系。

镁合金不存在明显的应力门槛值,即在应力状态下,无论是表面产生点蚀,还是因位错运动、晶格畸变造成的表面膜破裂均会产生应力腐蚀开裂倾向。应变速率对镁合金的应力腐蚀开裂也有着较大的影响,不同应变速率下对应的机理亦不相同。

应变大量集中、堆积于滑移面附近,促使了该位置的镁的溶解,通常表现为自腐蚀电流的升高、腐蚀速率加快。腐蚀电流的提高破坏了表面膜层,导致局部膜破裂。镁合金的塑性较差,过大的应变速率则导致电化学作用减弱,镁合金直接发生塑性断裂。

4 加工工艺

一般而言,镁合金锻件比铸件有着更高的应力腐蚀开裂敏感性,快速凝固制件则比铸件敏感性要小。室温装配、轧制会产生较多的残余应力,材料的敏感性增加。

低温退火可降低镁合金制件的残余应力,降低材料的敏感性,但往往会促使材料内部氢的聚集,增大氢脆的倾向。虽然镁合金具有较高的导热性能,但焊接、热处理时若冷却不均,热应力的作用依然会在材料内留下一定的残余应力。适当的热处理会均匀和细化组织,同时形成均匀弥散分布的金属间化合物,提高镁合金抗应力腐蚀开裂的能力。

选自:《腐蚀与防护》 Vol.36 2015.7

作者:强明闪,教授,河海大学

最新文章
猜你喜欢