典型海洋大氣環(huán)境中AZ80鎂合金電偶腐蝕行為研究

鎂合金結(jié)構(gòu)材料主要的服役環(huán)境是大氣環(huán)境(劉正等, 2002)。鎂合金在大氣環(huán)境中的耐腐蝕性能, 很大程度上決定了其應(yīng)用前景(宋光鈴, 2006)。鎂合金結(jié)構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中, 通常都是涂裝后, 再與其他材料共同構(gòu)成部件整體進(jìn)行服役。盡管理論上鎂合金電偶腐蝕可通過(guò)隔離與其他金屬材料的直接接觸來(lái)控制, 但在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中, 直接接觸是不可避免或必要的, 有時(shí)盡管用絕緣隔離體或表面處理的方法也不能徹底消除鎂合金的電偶腐蝕效應(yīng)(鄭棄非等, 2004)。因此, 對(duì)鎂合金電偶腐蝕進(jìn)行深入研究, 將進(jìn)一步豐富鎂合金的腐蝕與防護(hù)理論, 促進(jìn)鎂合金在工程中的廣泛應(yīng)用。

對(duì)于已經(jīng)正式列裝的高強(qiáng)AZ80鎂合金結(jié)構(gòu)件, 在實(shí)際過(guò)程中正是通過(guò)與QBe1.7鈹青銅緊固件鏈接, 共同構(gòu)成部件整體在海洋大氣環(huán)境中服役(石國(guó)梁等, 2013)。典型海洋大氣環(huán)境中, 由于電位差的存在, 導(dǎo)致AZ80鎂合金/QBe1.7鈹青銅的連接部位發(fā)生電偶腐蝕。因此, 掌握其電偶腐蝕效應(yīng)及腐蝕機(jī)理, 加強(qiáng)腐蝕控制, 可以避免因局部性能不合格使部件遭受到過(guò)早或意外的損壞(董超芳等, 2005;張繼心等, 2006;郭初蕾等, 2013)。本論文通過(guò)研究典型青島海洋大氣環(huán)境中, AZ80鎂合金與不同尺寸的QBe1.7緊固件偶接后的電偶腐蝕效應(yīng), 分析了主要環(huán)境因素對(duì)電偶腐蝕的影響規(guī)律, 為AZ80鎂合金的應(yīng)用提供了理論上的重要支持。

1 材料與方法

本文所用的高強(qiáng)AZ80鎂合金由有色金屬材料制備加工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 先進(jìn)鎂合金材料與短流程制備技術(shù)研究組提供, 所有材料均從正式列裝應(yīng)用的大尺寸AZ80鎂合金方型棒材的同一位置處截取。用電感耦合原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES, 北京有色金屬研究總院)測(cè)得AZ80鎂合金與QBe1.7鈹青銅合金實(shí)際成分如表 1所示。鎂合金樣品尺寸為50mm× 50mm×3mm, 表面積為56cm2。

表 1 高強(qiáng)AZ80鎂合金和QBe1.7銅合金的實(shí)際元素成分

本文中鈹青銅緊固件的兩種尺寸, 均嚴(yán)格按照實(shí)際服役1︰1等比例加工制作。緊固件直徑為Ψ=5mm, 與鎂合金接觸面的直徑分別為: Ψ=10mm和Ψ=20mm。鈹青銅螺紋部分長(zhǎng)7mm, 總長(zhǎng)度為12mm; 在鎂合金樣品中心位置加工直徑Ψ=5mm的圓孔, 將鈹青銅緊固件螺紋部分插進(jìn)合金中心孔, 由于正式列裝的大尺寸材料珍貴且有限, 因此每種狀態(tài)加工兩個(gè)平行樣品(圖 1), 空白對(duì)照樣品、電偶1組、電偶2組這三種狀態(tài)的鎂合金樣品總計(jì)30件。鈹青銅的另一側(cè)用絕緣材料(聚四氟)進(jìn)行固定。鎂合金樣品6個(gè)面依次打磨拋光, 然后用去離子水和無(wú)水乙醇清洗, 干燥, 用分析天平稱(chēng)重, 誤差為±0.0001g。樣品的初始重量和初始厚度如表 2和表 3所示。

圖 1 高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶腐蝕試樣示意圖

表 2 用于大氣暴露試驗(yàn)的高強(qiáng)AZ80鎂合金樣品初始重量(單位: g)

表 3 用于大氣暴露試驗(yàn)的高強(qiáng)AZ80鎂合金樣品平均初始厚度(單位: mm)

高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶對(duì)在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所大氣暴露試驗(yàn)場(chǎng), 進(jìn)行典型海洋大氣環(huán)境腐蝕試驗(yàn)(賈志軍等, 2009;李曉剛, 2012)。中國(guó)科學(xué)院海洋研究所大氣暴露試驗(yàn)場(chǎng), 位于青島市高新區(qū)國(guó)家海洋腐蝕產(chǎn)業(yè)基地(120°18′32″E, 36°18′38″N), 是典型海洋工業(yè)大氣環(huán)境, 材料在青島海洋大氣環(huán)境中的腐蝕速率與其他地區(qū)相比相對(duì)較高(Friedrich et al, 2006)。測(cè)試試樣45°角面向正南方向安裝(Jiang et al, 2013, 2015)(圖 2), 本文暴露試驗(yàn)起始時(shí)間為2015年4月1日(春始)—2016年3月31日(春始), 樣品暴露腐蝕周期分別為1、3、9、12個(gè)月, 批次回收。同時(shí), 通過(guò)試驗(yàn)場(chǎng)氣象儀器記錄試驗(yàn)周期內(nèi)的腐蝕環(huán)境因素, 本文將重點(diǎn)分析青島海洋工業(yè)中的污染物因素對(duì)AZ80鎂合金電偶腐蝕的影響。

圖 2 高強(qiáng)AZ80鎂合金青島海洋大氣腐蝕站點(diǎn)的掛樣照片

樣品批次收回后, 依次進(jìn)行平均腐蝕失重速率、平均腐蝕深度及腐蝕形貌的測(cè)試。采用X射線衍射分析(XRD)對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行定性分析。海洋大氣暴露實(shí)驗(yàn)取向樣品陽(yáng)面進(jìn)行分析, 采用數(shù)碼相機(jī)記錄樣品原位腐蝕形貌。按照GB11112-89, 用毛刷去除樣品表面疏松腐蝕產(chǎn)物后清水沖洗, 然后用200g/L CrO3和10g/L AgNO3去除腐蝕產(chǎn)物, 暴露時(shí)間越長(zhǎng), 試樣表面腐蝕產(chǎn)物越厚, 酸洗時(shí)間更長(zhǎng)(J?nsson et al, 2008)。

2 結(jié)果與討論

圖 3為高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶對(duì)樣品在青島海洋大氣腐蝕站暴露1—12個(gè)月原位腐蝕形貌。青島站大氣暴露1個(gè)月的樣品, 表面只有很少量的腐蝕產(chǎn)物覆蓋。暴露時(shí)間延長(zhǎng), 表面腐蝕產(chǎn)物逐漸增多。暴露腐蝕3個(gè)月, 樣品表面腐蝕產(chǎn)物面積大且量多。暴露時(shí)間增加到6個(gè)月和9個(gè)月時(shí), AZ80樣品表面皆被黑色腐蝕產(chǎn)物所覆蓋。經(jīng)過(guò)12個(gè)月的海洋環(huán)境腐蝕, 樣品表面出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物帶組成的溝壑形貌。通過(guò)圖中對(duì)比可以發(fā)現(xiàn), 陰極面積越大, 鎂合金的表面腐蝕產(chǎn)物越多, 證明銅合金對(duì)鎂合金的電偶加速效應(yīng)越大。

圖 3 高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶對(duì)原位腐蝕形貌(1、3、6、9、12個(gè)月)

表 4和圖 4為典型青島海洋環(huán)境中高強(qiáng)AZ80鎂合金暴露腐蝕的平均腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)分析及作圖。暴露腐蝕時(shí)間越長(zhǎng), 樣品的腐蝕失重速率越大。樣品在失重速率在夏秋季節(jié)的變化很大, 這是由于此階段為氣候濕潤(rùn)降雨較多, 樣品表面腐蝕產(chǎn)物剛形成便很快被雨水沖刷, 隨即暴露出新的鎂合金基體參與腐蝕反應(yīng)。雨水較少的冬季鎂合金腐蝕失重的趨勢(shì)減緩, 這是因?yàn)榇穗A段溫濕度相對(duì)較低, 腐蝕反應(yīng)速率降低(Yang et al, 2010)。經(jīng)過(guò)計(jì)算, 不同樣品在典型青島海洋大氣環(huán)境中高強(qiáng)AZ80鎂合金經(jīng)過(guò)12個(gè)月的大氣暴露試驗(yàn), 平均腐蝕速率為108.1071、133.8929、173.6250g/(m2·a)。

表 4 高強(qiáng)AZ80Mg/QBe1.7 Cu電偶對(duì)在青島海洋大氣暴露的平均腐蝕失重(單位: g)

注: △M1、△M2分別表示樣品1和樣品2的腐蝕后的質(zhì)量損失; ΔMg表示電偶對(duì)的平均腐蝕失重速率, ΔMb表示空白對(duì)照樣品的平均腐蝕失重速率

圖 4 海洋大氣腐蝕后AZ80鎂合金電偶對(duì)樣品的平均失重腐蝕速率

電偶腐蝕加速效應(yīng)計(jì)算根據(jù)ASTM G149-97標(biāo)準(zhǔn), 電偶腐蝕效應(yīng)γ通過(guò)公式(1)獲得。

    (1)

其中, ΔMg表示電偶對(duì)的平均腐蝕失重速率, ΔMb表示空白對(duì)照樣品的平均腐蝕失重速率。根據(jù)ASTM G149-97標(biāo)準(zhǔn), 最終AZ80鎂合金大氣腐蝕樣品的電偶加速效應(yīng)γ計(jì)算結(jié)果如表 5所示。γ呈現(xiàn)先增到后減小的趨勢(shì), 說(shuō)明隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng), 高強(qiáng)AZ80鎂合金腐蝕反應(yīng), 由電偶加速效應(yīng)占主導(dǎo)逐漸變?yōu)楹辖鹱陨砀g占主導(dǎo)。

表 5 高強(qiáng)AZ80Mg/QBe1.7 Cu合金電偶對(duì)大氣腐蝕加速效應(yīng)(γ)計(jì)算

經(jīng)過(guò)12個(gè)月海洋大氣暴露腐蝕, AZ80鎂合金電偶對(duì)和空白對(duì)照的腐蝕深度如表 6所示。空白樣品、電偶1組和電偶2組的年平均腐蝕深度分別為0.175、0.330、0.315mm/a, 電偶1組和2組的腐蝕速度比空白樣品的腐蝕速度提高了近一倍, 這是由于高強(qiáng)AZ80鎂合金和鈹青銅直接接觸, 電偶加速腐蝕效果明顯導(dǎo)致。青島海洋大氣環(huán)境(Cui et al, 2013)的相對(duì)濕度較大, 其中的無(wú)機(jī)鹽離子主要是Cl-。Cl-半徑小且滲透性高, 阻礙合金表面鈍化, 腐蝕反應(yīng)過(guò)程中會(huì)形成嚴(yán)重的點(diǎn)蝕, 破壞合金表面腐蝕產(chǎn)物膜; 而且, 一定濕度下Cl-溶于合金表面薄層液膜形成電解質(zhì)溶液, 增強(qiáng)了電子傳輸速率。因此, 在典型海洋大氣環(huán)境中, 與鈹青銅直接接觸的高強(qiáng)AZ80鎂合金非常容易形成電偶腐蝕(Jiang et al, 2016), 且腐蝕程度是比較嚴(yán)重的。

表 6 AZ80鎂合金電偶對(duì)大氣暴露試驗(yàn)后的平均腐蝕深度(單位: mm/a)

腐蝕環(huán)境直接決定了腐蝕產(chǎn)物的組成。通過(guò)XRD對(duì)高強(qiáng)AZ80鎂合金腐蝕12個(gè)月后的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析(圖 5)。結(jié)果表明, 腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成包括Mg(OH)2、MgSO4和MgCl2。青島海洋大氣環(huán)境暴露12個(gè)月, 腐蝕產(chǎn)物中均含有MgCl2。通常由于雨水沖刷的作用, 高溶解度MgCl2在腐蝕產(chǎn)物中含量很少, 難易被檢測(cè)出來(lái)。但是青島海洋大氣環(huán)境中Cl-較高, 鎂合金合金腐蝕嚴(yán)重, 腐蝕產(chǎn)物MgCl2在基體表面大量形成, 而得以檢測(cè)。

圖 5 典型海洋大氣暴露試驗(yàn)后AZ80鎂合金電偶對(duì)的腐蝕產(chǎn)物分析

AZ80鎂合金表面形成薄膜電解液后, 開(kāi)啟的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)歷程(Zhou et al, 2008)。如下:

陽(yáng)極α-Mg溶解:

Mg→Mg2++2e

陰極發(fā)生析H和O還原:

2H2O+2e-→H2+2OH–

O2+2H2O→4e-+4OH–

腐蝕產(chǎn)物形成:

Mg+2OH-→Mg(OH)2

此外, 由于大氣污染的加劇, 青島大氣中存在有SO2, 在暴曬過(guò)程中, 鎂合金表面水膜形成后, 大氣環(huán)境中的SO2可溶解于薄膜液中直接與Mg(OH)2反應(yīng)形成MgSO3、MgSO4。而且SO2的連續(xù)溶解還導(dǎo)致使薄液膜PH值降低, 這進(jìn)一步加速M(fèi)g的溶解, 形成了穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物Mg2SO4。

高強(qiáng)AZ80鎂合金暴露在青島海洋大氣環(huán)境中, 海洋環(huán)境中SO42-、Cl-會(huì)沉積在樣品表面(圖 6)。由于SO42-、Cl-的吸濕性很強(qiáng), 會(huì)在鎂合金表面形成一層薄液膜, 因此鎂合金的海洋大氣腐蝕過(guò)程, 就是表面薄液膜中的電化學(xué)反應(yīng)。隨著鎂合金析氫腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行, AZ80合金表面會(huì)生成Mg(OH)2薄膜。當(dāng)青島海洋大氣環(huán)境中濕度降低, Mg(OH)2薄膜產(chǎn)生開(kāi)裂; 當(dāng)濕度再次上升, 水蒸氣會(huì)優(yōu)先在裂紋處凝聚, 環(huán)境中的SO42-、Cl-也會(huì)在裂紋處優(yōu)先吸附。Cl-的吸附和擴(kuò)散傳輸會(huì)破壞鎂合金表面Mg(OH)2鈍化膜, 加快腐蝕的進(jìn)行。同時(shí), 由于離子半徑較小, 進(jìn)入鎂合金的晶格并代替H2O、OH-、O2-的位置, 降低了腐蝕反應(yīng)活化能, 從而加速合金基體的腐蝕(Arrabal et al, 2011)。

圖 6 典型海洋大氣環(huán)境中高強(qiáng)AZ80鎂合金的腐蝕機(jī)理示意圖

3 青島海洋大氣主要環(huán)境因素與高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶腐蝕關(guān)聯(lián)度分析

大氣環(huán)境中的氣象因素如相對(duì)濕度、溫度、降雨、水溶性無(wú)機(jī)鹽、污染物因素等, 都會(huì)直接影響鎂合金的大氣腐蝕行為。大氣腐蝕不是單一環(huán)境因子的疊加, 是諸多環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果。當(dāng)濕度使金屬表面生成水膜的厚度適于進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí), 大氣腐蝕反應(yīng)過(guò)程得以順利進(jìn)行, 若環(huán)境中溶有較大量的Cl-、SO3和NO2等, 則鎂合金大氣腐蝕會(huì)顯著加速。青島為典型的海洋工業(yè)大氣環(huán)境, 大氣環(huán)境中的化學(xué)成分眾多。暴露實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間是大氣腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的重要參數(shù), 本文大氣電偶腐蝕始于青島的春季, 降水量少, 合金電偶對(duì)試樣表面的潤(rùn)濕時(shí)間相對(duì)較短, 無(wú)機(jī)鹽離子等對(duì)大氣電偶腐蝕過(guò)程影響非常大。

因此, 本文通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法, 分析青島海洋大氣主要化學(xué)成分與高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶腐蝕的關(guān)聯(lián)度。典型青島海洋大氣環(huán)境中, 高強(qiáng)AZ80鎂合金的腐蝕失重隨暴露時(shí)間的變化, 其曲線可以由冪函數(shù)擬合得到[公式(2)]。

    (2)

式中, C是腐蝕失重(g/m2), T是暴露時(shí)間(month), K和n是常數(shù), 且K是暴露第1個(gè)月的腐蝕失重, n是腐蝕產(chǎn)物對(duì)基體保護(hù)能力的量度。當(dāng)腐蝕產(chǎn)物沒(méi)有保護(hù)性時(shí), 通常會(huì)得到n值接近于1或者大于1, 這時(shí)腐蝕速率很大程度上由到達(dá)材料表面的大氣腐蝕劑決定。當(dāng)腐蝕產(chǎn)物膜具有一定保護(hù)性, n值一般降到0.6或更低。

高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶對(duì)腐蝕12個(gè)月后, 按公式(2)擬合得到腐蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)K和n。n值在接近于1, 表明試樣的腐蝕失重隨暴露時(shí)間的變化曲線接近線性, 也就是說(shuō), 試樣表面的腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)基體的保護(hù)性較差。不同樣品在青島試驗(yàn)站的n值分別為1.1337, 1.1378, 1.0895, 這表明隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng), 試樣在這種大氣環(huán)境中的腐蝕速率會(huì)不斷的加快, 試樣表面的腐蝕產(chǎn)物對(duì)基體根本起不到保護(hù)作用, 所以試樣在這種大氣環(huán)境中暴露1年后的腐蝕失重非常大。本研究中采用相對(duì)變率關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析, 將腐蝕深度或腐蝕失重作為母序列, 而將環(huán)境因素作為子序列, 通過(guò)計(jì)算母序列與子序列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)判斷兩者之間的關(guān)聯(lián)程度, 從而為影響腐蝕深度和腐蝕失重的環(huán)境因素進(jìn)行排序。

(1) 首先確定分析數(shù)列。確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列(失重速度或腐蝕深度)和影響系統(tǒng)行為的比較數(shù)列(實(shí)驗(yàn)環(huán)境因素)。設(shè)參考數(shù)列[又稱(chēng)母序列, 公式(3)]如下:

    (3)

式中, Y為特征的參考數(shù)列, 即腐蝕速度; k為比較數(shù)列, 即實(shí)驗(yàn)環(huán)境因素。

設(shè)比較數(shù)列[又稱(chēng)子序列, 公式(4)]如下:

    (4)

式中, 。(2) 變量的無(wú)量綱化。由于系統(tǒng)中各因素列中的數(shù)據(jù)可能因量綱不同, 不便于比較, 因此在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析時(shí), 都要進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化處理, 其公式為:

    (5)

式中, 。(3) 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。通過(guò)公式(6)計(jì)算X0(k)與Xi(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)

    (6)

式中, ρ稱(chēng)為分辨系數(shù)。ρ越小, 分辨力越大。一般ρ的取值區(qū)間為(0, 1), 具體取值可視情況而定。當(dāng)時(shí)ρ≤0.5463時(shí)分辨力最好, 通常取ρ=0.5。

(4) 計(jì)算關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)列與參考數(shù)列在各個(gè)時(shí)刻的關(guān)聯(lián)程度值, 所以它的數(shù)不止一個(gè), 而信息過(guò)于分散不便于進(jìn)行整體性比較。因此將各個(gè)時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個(gè)值, 即求其平均值, 作為比較數(shù)列與參考數(shù)列間關(guān)聯(lián)程度的數(shù)量表示, 關(guān)聯(lián)度ri計(jì)算公式(7)如下:

  (7)

(5) 關(guān)聯(lián)度排序。按照數(shù)值大小給關(guān)聯(lián)度排序, 如果r1 < r2, 則參考數(shù)列Y與比較數(shù)列x2更相似。在算出Xi(k)序列與Y(k)序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)后, 計(jì)算各類(lèi)關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值, 平均值ri就稱(chēng)為Y(k)與Xi(k)的關(guān)聯(lián)度。

表 7列出了青島海洋腐蝕試驗(yàn)站點(diǎn)12種海洋大氣環(huán)境因素月平均值, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)暴露試驗(yàn)得到的剝蝕深度或腐蝕失重?cái)?shù)據(jù), 按照公式(7)可以分別計(jì)算和分析它們與海洋大氣環(huán)境因素之間的關(guān)聯(lián)度。在灰色關(guān)聯(lián)分析中, 將海洋大氣環(huán)境因素作為子序列(表 8), 將AZ80鎂合金樣品暴露1—12個(gè)月后的平均腐蝕深度和腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)作為母序列(表 9), 通過(guò)計(jì)算母序列與子序列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)判斷他們之間的關(guān)聯(lián)程度, 其關(guān)聯(lián)度大小分別代表著海洋大氣環(huán)境因素對(duì)高強(qiáng)AZ80鎂合金樣品腐蝕深度和腐蝕失重的影響程度。

表 7 高強(qiáng)AZ80鎂合金腐蝕周期內(nèi)的青島海洋大氣試驗(yàn)站環(huán)境因素

表 8 典型海洋大氣環(huán)境因素原始數(shù)據(jù)子序列

表 9 平均腐蝕速率和腐蝕深度原始數(shù)據(jù)母序列

按照上文第(4)和(5)步進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算和排序, 結(jié)果如表 10所示。表 10列出了典型海洋大氣環(huán)境因素與高強(qiáng)AZ80鎂合金空白對(duì)照、電偶腐蝕樣品腐蝕深度、腐蝕失重之間的關(guān)聯(lián)度及其影響順序。從其中關(guān)聯(lián)度排序中看出, 典型海洋大氣環(huán)境因素中對(duì)空白對(duì)照樣品的腐蝕失重影響的前三位的順序分別為: SO42-＞非水溶性＞硫酸鹽轉(zhuǎn)化率; 典型海洋大氣環(huán)境因素對(duì)電偶1組樣品的腐蝕失重影響的前三位的順序分別為: SO2＞硫酸鹽轉(zhuǎn)化率＞NO2; 典型海洋大氣環(huán)境因素對(duì)電偶2組樣品的腐蝕失重影響前三位的順序分別為:水溶性降塵＞SO2＞NH3。可以看出, 由于鈹青銅緊固件的尺寸不同, 電偶對(duì)的陰陽(yáng)極面積比不同, 電偶腐蝕效應(yīng)不同。在海洋腐蝕環(huán)境因素和電偶腐蝕效應(yīng)的協(xié)同作用下, 導(dǎo)致AZ80鎂合金樣品的腐蝕失重速率和腐蝕深度也不盡相同。對(duì)比電偶對(duì)2組和1組, 唯一的差別是電偶對(duì)的面積比, 但決定鎂合金腐蝕速度的大氣成分完全不同, 相關(guān)機(jī)制會(huì)在未來(lái)工作中詳細(xì)研究。

表 10 典型海洋大氣環(huán)境因素與AZ80鎂合金電偶對(duì)腐蝕的關(guān)聯(lián)度及其影響順序

4 結(jié)論

(1) 在高鹽、高濕的海洋環(huán)境中, 鎂合金與電位更正的QBe1.7鈹青銅偶接后, 極易發(fā)生電偶腐蝕。電位相對(duì)更負(fù)的高強(qiáng)AZ80鎂合金, 作為電偶腐蝕的陽(yáng)極被加速溶解。高強(qiáng)AZ80鎂合金電偶腐蝕樣品經(jīng)過(guò)12個(gè)月青島海洋大氣暴露試驗(yàn), 空白組、電偶1組和電偶2組的平均腐蝕速率分別為108.1071、133.8929、173.6250g/(m2·a)。電偶對(duì)表面的主要腐蝕產(chǎn)物為: Mg(OH)2、MgSO4和MgCl2?？瞻讟悠贰㈦娕?組和電偶2組邊部平均腐蝕深度分別為: 0.170、0.200、0.285mm/a; 中部年平均腐蝕深度分別為: 0.175、0.330、0.315mm/a。樣品中部腐蝕深度最大, 邊部腐蝕深度則相對(duì)較小。

(2) 本研究通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算分析得知, 鈹青銅緊固件的尺寸差異, 由于環(huán)境因素和電偶腐蝕效應(yīng)的協(xié)同作用, 導(dǎo)致AZ80鎂合金的平均腐蝕失重速率和平均腐蝕深度均有差別。按公式C=KTn擬合得到的腐蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)K和n。不同樣品在青島試驗(yàn)站的n值分別為1.1337、1.1378、1.0895, 表明隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng), 試樣在海洋大氣環(huán)境中的腐蝕速率會(huì)不斷加快, 試樣表面的腐蝕產(chǎn)物對(duì)基體根本起不到保護(hù)作用。青島海洋大氣腐蝕站點(diǎn)的環(huán)境因素與AZ80鎂合金腐蝕深度和腐蝕失重之間的關(guān)聯(lián)度結(jié)果表明:海洋大氣環(huán)境因素對(duì)空白樣品腐蝕失重影響前三位分別為: SO42-＞非水溶性＞硫酸鹽轉(zhuǎn)化率; 對(duì)電偶1組樣品影響前三位分別為: SO2＞硫酸鹽轉(zhuǎn)化率＞NO2; 對(duì)電偶2組樣品影響前三位分別為:水溶性降塵＞SO2＞NH3。對(duì)比電偶對(duì)2組和1組, 唯一的差別是電偶對(duì)的面積比, 但決定鎂合金腐蝕速度的大氣成分完全不同, 相關(guān)機(jī)制會(huì)在未來(lái)工作中詳細(xì)研究。

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