１ 镁合金的腐蚀与防护

1.1  镁的性质

    镁元素符号Mg，原子序数为12，电子结构为2-8-2，标准电极电位很负（-2.36V），较易失电子而发生氧化反应，从而导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，在腐蚀性介质中很容易发生严重的腐蚀。镁合金自然形成的氧化膜疏松多孔，以MgO、Mg²⁺为主要成份的膜的致密度系数为0.8左右（<1），对基体的保护能力较差，不适用于大多数的腐蚀性环境。

1.2  镁合金的腐蚀方式

镁合金的腐蚀方式通常有两种情况：一是在一般环境中的腐蚀，称“一般腐蚀”或“环境腐蚀”，也称“化学腐蚀”，二是在原电池环境下产生的“电化学腐蚀”。

暴露在干燥的空气中时镁合金表面会形成一层很薄的膜，这层膜在没水接触的情况下很稳定，此时就不会发生腐蚀现象。但在实际操作环境中可能会与水或水气接触，这时就会导致膜（表面）的颜色变深（从浅灰到深灰）。如果进一步暴露在液态水和空气中，就会继续跟空气中的CO₂与H₂O反应生成碳酸盐，使这层膜变厚。一般情况下这层膜足够稳定，具有一定的保护性，此时不需要作任何处理亦可使用。例如汽车自动（刹车）闸外壳，就不需要外加保护措施。

当使用高纯度AZ91D时，也不需要保护措施。即使车与路面溅起的水接触，也不需要保护，因为这层膜在中性、碱性（或一般条件下）比较稳定，具有保护作用。

但是，如果在设计上存在有水进入（或残留）的问题，或者在使用过程中遇到含盐的环境（如海水），就会形成一个微电池环境，产生较为严重的电化学腐蚀，包括在中性、碱性环境中都会产生类似的腐蚀。此时就需要一个良好的表面处理保护措施。

由上所知，电化学腐蚀是镁合金腐蚀的主要方式，在中性、碱性环境中，电化学腐蚀的原理：

其化学反应原理如下：

Mg-2e=Mg²⁺  （阳极反应）

2H₂O+2e=H₂+OH^-（阴极反应）

Mg²⁺+2OH^-=Mg(OH)₂（腐蚀产物）

总反应为Mg+2H₂O= Mg(OH)₂+ H₂

在上述反应中，镁作为阳极失去电子而腐蚀，在阴极释放电子产生氢气。通常情况下，阴极可能是外部与镁合金相接触的其它金属部件，也可能是合金元素或杂质元素，它们与镁合金基体形成原电池，诱发电极反应，产生电化学腐蚀。

1.3  镁合金的腐蚀形态

    镁合金的腐蚀形态主要有以下几种：

（一）、电偶腐蚀：这是镁合金最易发生的一种腐蚀形态，镁基体与阴极相邻的局部区域通常会发生严重的腐蚀。

（二）、点蚀：在含有Cl^—的非氧化性介质中，镁合金在自腐蚀电位下容易发生点蚀；在中性或碱性介质中，镁合金的腐蚀形态通常也是点蚀。

（三）、应力腐蚀：在含有Cl^—的中性溶液甚至蒸馏水中，镁合金都有腐蚀开裂的倾向；在碱性介质中，当PH>10.2时，镁合金表现出良好的抗应力腐蚀的性能；在氟化物的溶液中，镁合金也有良好的抗应力腐蚀的性能。

（四）、晶间腐蚀：镁合金一般对晶间腐蚀不敏感，腐蚀不能够沿着晶界发展。

（五）、丝状腐蚀：在保护性有机涂层或阳极氧化膜下，由于腐蚀电池在镁合金基体表面的移动而产生丝状腐蚀。

1.4  镁合金与其它材料腐蚀性对比

20世纪80年代，镁合金材料开发取得了长足进展。人们发现Fe、Ni、Cu等杂质元素以及Fe与Mn的比例对镁合金耐蚀性的影响非常之大，为此开发了高纯度的新一代的压铸镁合金AZ91D等。高纯度镁合金的耐蚀性能提高了100倍，使其超出了其它与之竞争的材料，在不经保护的状态下即可满足大部分汽车应用的要求，甚至是暴露在冬季道路条件下。这一技术上的突破对后期压铸镁合金的发展至关重要，也是目前镁合金能够得到大量应用的重要原因。在耐盐雾腐蚀能力方面，大多数压铸镁合金牌号都已经超过了铝合金A380。

1.5  镁合金腐蚀的防护技术

针对镁合金发生腐蚀的机理，目前镁合金腐蚀防护技术的研究工作主要集中在以下几个方面

1.5.1  零件设计

一个好的保护措施要从一个好的设计开始。这是一个系统工程，从腐蚀防护的角度出发，一个好的镁合金零件设计应考虑下列因素： 

（一）、不能让水或其它液体聚积在一起，使之形成原电池环境。

（二）、边角应设计成圆弧形，尖锐的边角会降低保护作用。

1.5.２ 材料选择：

产品设计中，各相邻零配件所用原材料的选择也是很重要的。既要保证其结构性功能不受影响，又要使两种材料间的电位差不大，方能保证不产生严重腐蚀现象。

另一个要注意的问题是，零件之间的连结件及连结介质的材料与防腐蚀处理工艺

也是要十分注意的问题。

1.5.３ 冶金控制

冶金因素包括合金组元、杂质元素、相组成和微结构。

不同元素对镁合金的腐蚀性能影响不同，依据目前常用镁合金材料的合金组元，一般分为三类。通过合金元素对镁合金腐蚀速度影响的分析，通常将第三类元素的含量降低到临界值以下，采用提高纯度的方法来增加耐腐蚀性。

相组成对镁合金的腐蚀性能影响也很大，合金的加工工艺不同，相成份和含量不同，其影响机理也不同。如快速凝固可以改善材料的相成份和微观结构，使基体组织更加均匀，减少缺陷，抑制局部腐蚀。

另一方面，就是开发高耐蚀新型合金系统，以适应不同腐蚀性环境的影响。

1.5.４ 表面处理

在冶金控制及新型合金开发取得重大进展之前，通过各种表面处理技术来控制镁合金的腐蚀，毫无疑问，这应是当前业界最重要的研究课题。

下面将对镁合金的表面处理技术及工艺进行扼要的阐述。

东莞市乐发精密五金制品有限公司