元素固溶與析出對(duì)鎂合金耐蝕性影響的研究進(jìn)展

蔣詩語，袁 媛，陳 濤，谷達(dá)沖

(重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400044)

鎂合金作為工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、彈性模量低、比強(qiáng)度高、降噪減振好等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、交通運(yùn)輸、電子3 C等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-3]，但其室溫塑性、耐腐蝕性差的缺點(diǎn)限制了鎂合金的進(jìn)一步應(yīng)用。盡管一些特殊工藝，例如在鎂合金表面生成LDH保護(hù)膜[4-5]、陽極氧化保護(hù)膜[6]等方法可以提高鎂合金的耐蝕性，但是合金化提高鎂合金耐蝕性仍然是其中最基礎(chǔ)和最重要的方法之一。一是表面處理與涂層方法普遍成本較高且膜層容易脫落，二是鎂合金良好的耐蝕性能也是后續(xù)進(jìn)一步處理與加工的必要基礎(chǔ)。因此，要提高鎂合金的耐蝕性能和發(fā)展耐蝕鎂合金，需厘清合金元素對(duì)鎂合金腐蝕的影響機(jī)理，以明確后續(xù)設(shè)計(jì)與研發(fā)方向。

盡管很多研究者探討了合金元素對(duì)鎂合金耐蝕性的影響，但是大部分文獻(xiàn)主要集中于探討第二相、晶粒尺寸和晶體缺陷對(duì)鎂合金耐蝕性的影響，而對(duì)于元素固溶對(duì)鎂合金腐蝕行為影響的綜述分析卻很少報(bào)道。本文主要綜述了Al，Zn，Mn，Sn，Li，Sr，Sc，Zr，La及稀土元素Y，Gd，La，Ce等合金元素在鎂合金中固溶和析出行為對(duì)鎂合金耐蝕性的影響，重點(diǎn)討論了這些元素在鎂合金中的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)行為及其與鎂合金腐蝕的聯(lián)系，并對(duì)多元固溶耐蝕鎂合金的設(shè)計(jì)提出了建議。

1 鎂合金中元素的固溶與析出熱力學(xué)行為

與其他工程合金(Fe，Al)相比，大部分元素在Mg基體相中的溶解度非常有限。大量元素在純鎂中的溶解度都很低，一些元素可以概括為不溶于Mg[7-8]。Gusieva等[8]指出，將Mg合金化時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)幾種不溶形式。這些不溶性的形式可以概括為：(1)完全不反應(yīng)性:在這里不形成固溶體，也不與Mg形成金屬間化合物，典型的如Fe，Mo和Nb。當(dāng)這些元素存在時(shí)，它們會(huì)形成第二純金屬相，相互沒有溶解度。這種情況會(huì)引起劇烈的腐蝕[9]。(2)沒有溶解度，但可與Mg形成金屬間化合物。這是Si，Cu，Co，Ni等金屬在Mg中的典型特征。在這種情況下，將形成Mg2X(其中X=Si，Cu，Co，Ni)等金屬間化合物。從腐蝕的角度來看，形成的Mg2X金屬間化合物一般增強(qiáng)了陰極反應(yīng)，惡化了鎂合金耐蝕性能[10]。(3)與Mg不形成金屬間化合物，但在鎂基體相中有一定的溶解度。在這種情況下，合金元素會(huì)在一定程度上進(jìn)入固溶體，之后進(jìn)一步合金化將導(dǎo)致該元素形成獨(dú)立的純相。表1為一些典型元素在鎂合金中的固溶度和典型析出相以及參考文獻(xiàn)的匯總[11-36]。

表1 典型合金元素在鎂合金中的固溶度和典型第二相Table 1 Solubility and second phases of typical alloying elements in magnesium alloys

2 鎂合金腐蝕機(jī)理

2.1 陽極溶解反應(yīng)

陽極的溶解反應(yīng)過程如式(1)所示[8]：

Mg→Mg2++2e-

(1)

Mg的標(biāo)準(zhǔn)電極電位約為-2.36 V[36]，在所有工程金屬中具有最低的標(biāo)準(zhǔn)電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位越小，金屬的活性越強(qiáng)，因此Mg通常作為腐蝕的陽極，導(dǎo)致Mg的溶解。當(dāng)鎂合金陽極活性越高時(shí)，電位越低，容易產(chǎn)生較大的腐蝕電流，Mg原子在腐蝕介質(zhì)中的溶解速率越高。元素對(duì)鎂合金陽極的影響有以下方面：(1) 提高鎂合金陽極活性，降低鎂合金的腐蝕電位；(2) 降低鎂合金的表面活性，從而降低鎂合金的腐蝕電位；(3)降低雜質(zhì)元素的固溶度，促進(jìn)高電位雜質(zhì)元素的析出從而加速陽極溶解反應(yīng)。

2.2 陰極析氫反應(yīng)

陰極的析氫反應(yīng)過程如式(2)所示[37]：

2H2O+2e-→ H2+2OH-

(2)

在鎂合金中作為陰極的通常是合金中高電位的第二相，水被還原成H2，稱為陰極析氫反應(yīng)。在腐蝕過程中任何加速陰極反應(yīng)的條件也都會(huì)加速腐蝕反應(yīng)的進(jìn)程。元素對(duì)鎂合金陰極的影響主要包括以下兩方面：一是形成高電位第二相；二是高電位第二相數(shù)量和種類的變化。

2.3 鎂合金保護(hù)膜

Mg不耐腐蝕的原因主要是由于表面具有以下兩個(gè)特征：首先Mg的表面膜疏松多孔，MgO的PBR值為0.81(<1)，對(duì)基體保護(hù)能力差，導(dǎo)致Mg不適用于大多數(shù)的腐蝕性環(huán)境[38]；其次水分子吸附在表面，發(fā)生電離反應(yīng)生成OH-和H+導(dǎo)致MgO膜(尤其是(111)晶面)羥基化，MgO轉(zhuǎn)化成Mg(OH)2[39]。水分子仍然會(huì)滲透Mg(OH)2層到基體，使基體不斷發(fā)生腐蝕電化學(xué)反應(yīng)。不斷增厚的Mg(OH)2層內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物疏松和破裂，從而導(dǎo)致腐蝕的進(jìn)一步加劇。

綜合以上兩個(gè)因素，Mg的腐蝕表面產(chǎn)物膜疏松、多孔且容易破裂，起不到保護(hù)鎂基體的作用，甚至導(dǎo)致腐蝕的進(jìn)一步加劇。Taheri等[38]考慮加入合金元素，形成合金化合物，產(chǎn)生更加致密的氧化物薄膜，從而對(duì)腐蝕起到抑制作用。Vermilyea等[40]也證明適當(dāng)?shù)暮辖鹪貪舛瓤梢哉{(diào)節(jié)析出相的顯微組織，改善Mg(OH)2疏松多孔的結(jié)構(gòu)從而起到對(duì)鎂合金的腐蝕防護(hù)作用。

3 元素固溶與析出對(duì)鎂合金耐蝕性的影響

合金化是提高鎂合金耐蝕性的有效方法[41]。不同含量的合金元素固溶到鎂基體后，對(duì)于Mg的腐蝕具有不同的影響。合金元素固溶到鎂基體相中通常含有第二相，這對(duì)鎂合金的腐蝕行為具有重要影響[42]。一方面，第二相的形貌和結(jié)構(gòu)對(duì)鎂合金的耐蝕性有很大的影響。細(xì)小彌散分布的第二相顆粒有利于形成連續(xù)腐蝕產(chǎn)物膜，連續(xù)分布和網(wǎng)狀分布的第二相可以作為物理屏障阻止腐蝕擴(kuò)散，從而提高鎂合金的耐蝕性。但少量粗大、塞積的第二相不能阻止腐蝕的擴(kuò)散，產(chǎn)生嚴(yán)重的局部腐蝕，從而惡化了耐蝕性能。另一方面，合金元素的固溶可以調(diào)控鎂合金表面腐蝕產(chǎn)物的種類和數(shù)量。不同的第二相會(huì)導(dǎo)致不同程度的微電偶腐蝕和不同程度的腐蝕加速。第二相與基體的電位差越大，微電偶腐蝕越嚴(yán)重。一般來說，鎂基體比第二相粒子具有更大的負(fù)電位，因此鎂基體作為微電偶腐蝕的陽極，優(yōu)先腐蝕[43]。當(dāng)微電偶腐蝕發(fā)生時(shí)，腐蝕會(huì)逐漸擴(kuò)散。

隨著時(shí)代發(fā)展，無人艇技術(shù)已得到深入發(fā)展。無人艇不僅可用于民用領(lǐng)域，比如海上搜救、垃圾清理和環(huán)境監(jiān)測等方面，還可用于軍事上的海上巡邏、偵查、監(jiān)視和掃雷等方面，具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。[1]同時(shí)，無人艇路徑規(guī)劃對(duì)于艦船實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化航行和航線優(yōu)化具有重要意義，要求在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，根據(jù)已知的地理信息數(shù)據(jù)，尋找出一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最安全且航程最短的航線。[2]目前已有多種算法被應(yīng)用于路徑規(guī)劃，例如粒子群算法[3]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法[4]和人工勢場法。[5]其中遺傳算法較為靈活，使用相對(duì)廣泛，已被應(yīng)用于眾多無人設(shè)備的路徑規(guī)劃。

對(duì)一些常見元素Zn，Al，Mn，Sn固溶到鎂合金中析出第二相對(duì)鎂合金耐蝕性影響進(jìn)行總結(jié)。Al元素在Mg中的固溶度較大，且固溶析出第二相對(duì)于Mg腐蝕速率影響較大。通過Mg-Al-Zn合金中的典型合金(AZ31/AZ91)與純鎂在70 μg/cm2NaCl溶液中的腐蝕速率圖[44]可知，純鎂的腐蝕速率最高，AZ91的腐蝕速率最低。這是因?yàn)锳l元素加入產(chǎn)生β相(Mg17Al12)[45]，隨著Al含量的增加，β相增加，較多的β相沿晶界析出，從而保護(hù)鎂合金基體。但是當(dāng)Al含量不高且沒有析出足夠的β相時(shí)，析出的β相將加劇鎂合金的微電偶腐蝕，從而加快腐蝕速率[45-46]。因此，合理控制固溶到鎂合金中Al元素的含量，可以控制Mg-Al合金的腐蝕速率。

從Mg-xZn(x=0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3，5)鑄態(tài)(F)合金在5%NaCl腐蝕溶液中的腐蝕速率圖[42,47-48]可知，隨著x從0.5增加到1.0，鎂合金的腐蝕速率增加到10.280 mm/a。隨著x從1.5繼續(xù)增加時(shí)，鎂合金的腐蝕速率開始下降。Kirkland研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)Zn濃度從1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)上升到3%時(shí)，腐蝕速率將顯著增加[49]。Song等[47]研究表明鎂合金中Zn的最佳含量應(yīng)在5%以下。此外，Zeng等獲得了Zn添加量過高將導(dǎo)致更高的敏感性應(yīng)力腐蝕開裂的研究結(jié)果[42]。添加Zn對(duì)鎂合金耐蝕性能的實(shí)際影響取決于鎂合金的成分，Zn會(huì)形成MgxZny相。隨著多種元素的加入，鎂合金中可能形成不同的含鋅相，導(dǎo)致其對(duì)腐蝕的影響不同。Song等[47]對(duì)Mg-Al-Zn合金的腐蝕行為進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)Zn的加入與二次相的形成和晶粒的析出密切相關(guān)，從而影響了鎂合金的腐蝕行為[50-53]。Yin等[54]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Mg-Zn-Mn合金中Zn含量達(dá)到3%時(shí)，Mg-Zn金屬間化合物會(huì)從鎂基體中析出二次相，并通過彌散強(qiáng)化機(jī)制提高強(qiáng)度和耐蝕性能。Zn還被用于各種Mg-Zn-X(X=Ca，Si，Zr)三元合金中。上述研究表明，添加Zn可提高多元鎂合金的耐蝕性。因此，在鎂合金中添加Zn元素時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制其含量(<5%)，含量過高將導(dǎo)致陰極反應(yīng)加劇，腐蝕速率提高。當(dāng)多種元素同時(shí)存在于鎂合金中時(shí)，Zn通過第二相的析出可以降低鎂合金的腐蝕速率。

Mn可以降低Fe，Ni等雜質(zhì)元素對(duì)鎂合金腐蝕的有害作用[55-58]，本課題組近期的工作也佐證了這一點(diǎn)，Mn元素的添加可減少高電位第二相的種類和數(shù)量[59-60]。這些高電位相向低電位相的轉(zhuǎn)變能夠提高鎂合金的耐腐蝕性能[59]。Makar等[61]研究了隨著Ni含量的增加，純Mg,Mg-0.2Mn,Mg-1.0Mn腐蝕速率曲線。Ni在純鎂和鎂合金中會(huì)比Fe更急劇地提高其腐蝕速率，因?yàn)镹i在鎂合金中以Mg2Ni的形式析出，比FeAl3和Fe的陰極活性更強(qiáng)，腐蝕速率更高。在這項(xiàng)研究中隨著Ni含量增加，純Mg腐蝕速率提高，當(dāng)加入0.2%Mn時(shí)，腐蝕速率下降；加入1%Mn時(shí)，腐蝕速率顯著下降。這是因?yàn)镸n同Ni形成第二相，阻止了Mg2Ni的析出，降低腐蝕速率。當(dāng)Fe超過在Mg中的固溶度極限時(shí)，使得純鎂的腐蝕速率直線上升，F(xiàn)e對(duì)于Mg腐蝕的危害也極大[62]。此項(xiàng)研究也驗(yàn)證Al3Fe，Al3Fe(Mn)等含F(xiàn)e第二相的電位與Mg的電位相差較大，更容易導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕。Song等[62]認(rèn)為，在沒有Mn的情況下，鎂合金中幾乎所有的Fe都以FeAl3的形式析出，F(xiàn)eAl3對(duì)腐蝕具有較高的陰極活性，從而使腐蝕速率陡增。Mn通過包裹Fe顆粒來降低Fe的腐蝕作用；Mn和Mg之間的電活性小于Mg和Fe之間的電活性，因此嵌在Mn粒子中的Fe粒子對(duì)Mg基體的危害較小[61]。在3%NaCl溶液中當(dāng)Fe/Mn的比例在0.032以下時(shí)，Mg的腐蝕速率較低，當(dāng)Fe/Mn比超過0.032時(shí)，腐蝕速率直線上升，但腐蝕速率低于不含Mn的鎂合金[7]。因此，Mn元素固溶于鎂合金中能有效地降低鎂合金的腐蝕速率。

Birbilis[63]研究發(fā)現(xiàn)將Sn元素加入Mg合金中，合金具有較低的交換電流密度，陽極活化能顯著增加，Mg原子在腐蝕介質(zhì)中的溶解速率提高，因此，Mg-Sn合金的微電偶腐蝕速率較高。

此外，Y，La，Sc稀土元素固溶析出對(duì)鎂合金的耐蝕性有一定影響。Kim等[64]認(rèn)為通過增加Y的添加量可以提高鎂合金的純化效率，降低雜質(zhì)元素在鎂合金中的固溶度，同時(shí)減少雜質(zhì)元素對(duì)鎂合金耐蝕性能也有影響。Zhang等[65]研究發(fā)現(xiàn)Mg-xY(x=0.25，2.5，5，8，15)鑄態(tài)合金在3.5%NaCl腐蝕溶液中的腐蝕電位和腐蝕電流有變化，當(dāng)Mg-xY中Y含量小于2.5%時(shí)，隨著Y含量的增加，耐蝕性提高。隨著Y的進(jìn)一步增加，腐蝕模式轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)蝕，這是由于Mg24Y5相不連續(xù)地沿Mg-xY(x=5,8)晶界分布所致。這些Mg24Y5相引起了微電偶效應(yīng)。當(dāng)Y含量進(jìn)一步增加到15%時(shí)，Mg24Y5相沿晶界形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了Mg15Y的耐蝕性。因此，Y對(duì)Mg-Y合金腐蝕的影響隨Y的添加量而變化。

當(dāng)Mg中的La元素固溶析出后，La與Mg元素形成Mg12La相[20]，Mg17La具有比Mg更高的電位，在0.1 mol/L NaCl腐蝕介質(zhì)中，加速了鎂合金的腐蝕速率(La的濃度為0.5%～3%，腐蝕電流為10～30 μA·cm-2)[66]；Südholz等[67]研究表明Sc相對(duì)延緩陰極動(dòng)力學(xué)行為，當(dāng)Sc含量為0.1%時(shí)，AZ91E合金在0.1 mol/L NaCl中的腐蝕速率由8 μA·cm-2降至2 μA·cm-2，這歸功于Sc的加入細(xì)化了合金的組織，形成了抑制Mg17Al12相產(chǎn)生的Al3Sc化合物。

綜上所述，元素對(duì)鎂合金腐蝕行為的影響主要有兩方面：一方面是析出第二相提高或降低陽極/陰極反應(yīng)速率而影響腐蝕速率；另一方面是形成致密的腐蝕產(chǎn)物膜，加強(qiáng)對(duì)基體的保護(hù)作用，降低腐蝕速率。因此，如果要提高鎂合金的耐蝕性能，應(yīng)添加降低陽極/陰極反應(yīng)速率和可以形成致密腐蝕產(chǎn)物膜的合金元素。

4 鎂合金耐蝕性能的理論計(jì)算與預(yù)測

鎂合金表面能與功函數(shù)已有大量研究與報(bào)道。表面能和功函數(shù)也與合金的耐蝕性能密切相關(guān)。Chen等[68]采用第一性原理計(jì)算了鎂基體作為陽極時(shí)，合金元素對(duì)鎂合金的表面能(Esurf)和表面功函數(shù)(Φ)的影響。表面能是將無限大的晶體一分為二所需的能量，是材料表面的基本參數(shù)。Cr，Cd，Hg，Ga，In，As，Ti的添加降低了Mg的表面能，Al和Zn等元素對(duì)表面能沒有顯著影響。表面能的降低有利于表面的穩(wěn)定，而表面能的增加不利于表面的穩(wěn)定，Cr，Cd，Hg，Ga，In，As，Ti的添加都可以通過降低陽極溶解速率來改善鎂基體的腐蝕行為。這些材料也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于提高鎂合金的耐腐蝕性能[24,69-70]，計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)踐中已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。根據(jù)Chen等[68]研究可知良好的鎂合金候選材料需要滿足合金元素的表面能低于Mg的表面能。

功函數(shù)定義為從材料內(nèi)部移出一個(gè)電子到材料表面外所需要的最小能量,即電子擺脫金屬束縛必須做的功[71]。一般來說，電荷轉(zhuǎn)移或再分布能夠顯著影響金屬表面功函數(shù)，因?yàn)殡娮颖仨毻ㄟ^改變的電荷分布離開表面。絕大部分Mg-X合金的功函數(shù)都大于純鎂[68]。研究表明，功函數(shù)與腐蝕速率強(qiáng)相關(guān)，并提供了一個(gè)衡量某一金屬表面易腐蝕程度的好方法，研究證明，功函數(shù)(Φ)和腐蝕電位(Ecorr)的變化趨勢具有一致性，腐蝕電位降低，功函數(shù)也隨之降低，腐蝕加劇[72-73]。Chen等[68]指出，良好的鎂合金候選材料需要功函數(shù)(Φ)值應(yīng)高于Mg。

功函數(shù)反映了表面得失電子的難易程度，表面功函數(shù)差值高，說明其難失去電子,表面穩(wěn)定性高。表面功函數(shù)低，反映了這一取向的表面穩(wěn)定性較差,在實(shí)際情況中很難穩(wěn)定存在。對(duì)于材料的腐蝕而言,應(yīng)當(dāng)盡量避免選擇材料表面能值高于Mg和功函數(shù)差值低于Mg的合金元素。對(duì)于存在某一指數(shù)表面的功函數(shù)值較低的合金應(yīng)有相應(yīng)的防腐措施。因此，表面能值低于Mg以及功函數(shù)差值高于Mg的合金元素固溶到鎂基體相中，有利于降低腐蝕速率；而表面能值高于Mg以及功函數(shù)差值低于Mg的合金元素固溶到鎂基體相中，將導(dǎo)致腐蝕電位的降低，從而提高了腐蝕速率。

通過Daniel等[74]研究的H在Mg-X合金(0001)表面(最上層X/Mg=1/8)和Mg17Al12合金(110)表面的吸附能可以得出，H在Mg-Fe合金表面的吸附能最低。這表明表面上孤立的Fe原子會(huì)增加相鄰Mg位置上的有害物質(zhì)的積累。這可以類似于催化中的溢出效應(yīng)，促進(jìn)更多的H2的釋放，提高了陰極反應(yīng)速率，從而增加了鎂合金的腐蝕速率。Hoche等[75]與Taheri等[76]研究表明，在腐蝕過程中，當(dāng)Fe失去了與鎂的直接接觸，它們開始通過自腐蝕機(jī)制相當(dāng)快地溶解，溶解的Fe可以被還原，最終形成非常薄的金屬鐵層或片狀金屬重新沉積到靠近氫氧化層的地方；隨著腐蝕的進(jìn)行，在腐蝕前沿重新沉積的鐵膜驅(qū)動(dòng)陰極電流，進(jìn)而成為最活躍的析氫陰極。因此，對(duì)于Mg-Fe合金系，由于合金元素Fe的存在導(dǎo)致陰極析氫的加劇，進(jìn)而促進(jìn)陰極反應(yīng)提高腐蝕速率。而Mg-Zn，Mg-Al合金系具有較低的析氫速率，不會(huì)促進(jìn)陰極的析氫作用，對(duì)鎂合金的腐蝕有利。

因此，Zn，Al，Mn等具有較高H吸附能的元素固溶于鎂合金中能夠降低腐蝕速率；而Ca，F(xiàn)e等具有較低H吸附能的合金元素不利于鎂合金的腐蝕。

從熱力學(xué)角度看，單相材料中微電偶腐蝕的驅(qū)動(dòng)力是合金元素偏析區(qū)和貧化區(qū)之間的電極電位差范圍。Zhao等[77]研究發(fā)現(xiàn)在Mg-Sc合金中，內(nèi)部與周圍Mg基體之間的電位差值為55 mV，而在Mg-Sc-Y合金中，其電勢差值降至10 mV。這是因?yàn)樨歋c區(qū)中的Y偏析有助于降低富Sc區(qū)和貧Sc區(qū)之間的功函數(shù)差，導(dǎo)致微電偶腐蝕的驅(qū)動(dòng)力降低，從而使腐蝕速率降低；此外，Y2O3的存在可改善鎂合金表層的完整性和保護(hù)性，降低腐蝕速率。

綜上可知，不能單一地通過合金元素的表面能、功函數(shù)、H吸附能來決定該合金元素添加到鎂合金中對(duì)其耐蝕性的影響。例如，Zn具有較低的表面能，較高的功函數(shù)和較高的H吸附能，穩(wěn)定性較高，通過Zn的加入可以降低鎂合金的腐蝕速率，但是由于Zn含量不同以及鎂合金中存在的其他合金元素，導(dǎo)致在鎂合金中生成第二相的形態(tài)和數(shù)量不同導(dǎo)致腐蝕速率不隨Zn含量的增加而降低；Y具有較高的表面能值和較低的功函數(shù)值，對(duì)腐蝕不利，但鎂合金的腐蝕速率并不是隨著Y含量的增加而直線增加的，這是因?yàn)殡S著鎂合金中Y含量的變化，由于產(chǎn)生第二相和第二相分布狀態(tài)的變化導(dǎo)致腐蝕程度不同；Al具有較低的表面能差值、較高的功函數(shù)差值和較高的H吸附能，穩(wěn)定性較高，但Mg與Al生成β相(Mg17Al12)，β相的數(shù)量較多時(shí)會(huì)降低腐蝕速率，較少的β相反而提高腐蝕速率；Mn的表面能差值較低，H吸附能較高，由于Mn固溶于鎂合金中與加快鎂合金腐蝕速率的Ni,Fe元素形成第二相，從而降低了鎂合金的腐蝕速率。由此可得，不能僅以表面能、功函數(shù)和H吸附能來確定合金元素固溶到鎂合金中的腐蝕速率，這是因?yàn)樵毓倘芎笈cMg以及其他合金元素析出第二相，第二相的形態(tài)、數(shù)目和分布顯著影響鎂合金的腐蝕速率。因此，需將兩者結(jié)合起來共同考慮。

5 結(jié)束語

鎂合金作為工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有強(qiáng)度高、密度小、散熱性好、彈性模量低、生物相容性佳等優(yōu)良特征，已成為重要的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械、汽車等領(lǐng)域。但其耐腐蝕性差的特點(diǎn)限制了鎂合金的進(jìn)一步應(yīng)用。提高鎂合金的耐腐蝕性能是提高鎂合金使用率的重點(diǎn)之一。大多數(shù)金屬防止腐蝕的方法旨在減少與周圍環(huán)境的接觸從而降低腐蝕速率，忽略了合金自身由于第二相和雜質(zhì)導(dǎo)致的腐蝕，因此，改善鎂合金的基體性能是獲得高性能鎂合金的重要手段。本文綜述了合金元素在鎂合金中的固溶析出對(duì)于鎂合金腐蝕速率的影響，同時(shí)為獲得高耐蝕性鎂合金提出以下建議：

(1)對(duì)于在鎂合金表面鍍保護(hù)膜的防護(hù)方法只能防護(hù)鎂合金與環(huán)境接觸時(shí)產(chǎn)生的腐蝕。但鎂合金對(duì)微電偶腐蝕非常敏感。可以在鎂合金中固溶合金元素，合金元素與Mg以及合金元素之間會(huì)析出第二相，由于加入合金元素?cái)?shù)量、類型的不同導(dǎo)致第二相數(shù)量、類型以及在鎂合金中所處位置的不同，使得鎂合金腐蝕速率發(fā)生變化，通過改變加入合金元素的數(shù)量和類型來改變析出的第二相，從而降低鎂合金的腐蝕速率。添加有益合金元素對(duì)鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控可以顯著影響鎂合金的耐蝕性。

(2)鎂合金中雜質(zhì)元素極大地影響了鎂合金的耐蝕性。一般高純的鎂合金比純度不高的鎂合金具有更好的耐蝕性，因此，提高鎂合金的純度是提高鎂合金耐腐蝕能力的常用方法。微量雜質(zhì)會(huì)對(duì)鎂合金的耐蝕性產(chǎn)生較大的不利影響，除去雜質(zhì)有利于鎂合金耐蝕性的提高。