AZ63镁合金在不同时效处理下的腐蚀机制：一种结合微观结构和电化学的方法

《Materials Chemistry and Physics》：Corrosion Mechanisms of AZ63 Magnesium Alloy under Diverse Ageing Treatments: An Integrated Microstructural and Electrochemical Approach

　　

Mudda Sasidhar|A. Raja Annamalai|A. Muthuchamy

印度泰米尔纳德邦蒂鲁吉拉帕利国立理工学院（NIT Tiruchirappalli）冶金与材料工程系

摘要

本研究利用电化学阻抗谱（EIS）、电位动力学极化技术和浸渍试验，评估了AZ63镁合金在多阶段时效过程中的腐蚀动力学和表面降解机制，以及这些过程与微观结构演变之间的关系。电化学数据显示，β-Mg₁₇Al₁₂沉淀物的形态和分布是决定合金阳极溶解速率的主要因素。铸态和传统时效处理的样品表现出典型的点蚀特征，而双时效和反向双时效处理条件下，α-Mg基体与β相沉淀物之间的电偶效应发生了变化。对腐蚀产物的XPS和XRD分析表明，反向双时效条件下的次级相促进了更稳定的半被动膜的形成。铸态样品的腐蚀电流密度（i_corr）最高，而在所有热处理条件中，反向双时效处理样品的腐蚀电位（E_corr）最优，这表明该处理方式有助于提高AZ63合金在含氯环境中的电化学稳定性。反向双时效处理增强耐腐蚀性的根本原因在于表面化学性质的变化：虽然MgO和Mg(OH)₂提供了基本的覆盖层，但Al₂O₃的富集（具有有利的Pilling-Bedworth比）形成了结构致密且化学惰性的屏障，有效抑制了金属-电解质界面处的电荷传输。

章节摘录

引言

全球物流和运输行业面临着减少碳足迹和能源消耗的日益严峻压力，目前预测到2030年排放量将增加50% [1], [2], [3], [4]。减轻车辆重量是提高燃油效率的最有效策略；质量减少10%可使燃油经济性提高20%至30% [5]。因此，由于其诸多优势，镁（Mg）已成为本世纪的关键结构材料。

样品制备

AZ63合金通过搅拌铸造法制备。将高纯度镁锭和Mg-30 wt.% Mn母合金混合后放入坩埚中加热至650°C，随后加入适量的Al和Zn以达到目标化学成分。熔体温度升至800°C，并在600 RPM下搅拌5分钟以确保化学均匀性。冷却后，将熔体在720°C时浇铸成型。

AZ63镁合金的微观结构表征

图1展示了AZ63合金在铸态、溶液处理（T4）以及不同多阶段时效条件（常规时效（CA）、双时效（DA）和反向双时效（RDA）下的X射线衍射（XRD）图谱。AZ63基体的基本相组成为Mg_0.97Zn_0.03（α-Mg）固溶体基体，其中分散着β-Mg₁₇Al₁₂金属间化合物沉淀物。根据Mg-Al二元平衡相图，这些沉淀物的形成遵循特定的相变规律。

沉淀物形态对AZ63腐蚀行为的影响

AZ63合金过饱和固溶体中β-Mg₁₇Al₁₂相的析出对其电化学稳定性至关重要。随着β-沉淀物的形成，周围固溶体中的铝逐渐耗尽，转变为α-Mg相。时效参数的不同会导致形成不连续沉淀物（DPs）或连续沉淀物（CPs）。这两种形态的根本区别在于其成核机制。

结论

研究结果表明，AZ63合金的耐腐蚀性主要取决于β-Mg₁₇Al₁₂相的形态和分布，而不仅仅是其是否存在。根据PDP分析，铸态样品（T4）的腐蚀速率最高。β相的溶解阻碍了稳定钝化层的形成，导致表面变得多孔且不牢固，从而容易发生周期性腐蚀。

CRediT作者贡献声明

Muthuchamy A：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿的撰写、项目监督、软件使用、资源管理、方法论设计、实验实施及概念框架的构建。Raja Annamalai A：负责撰写、审稿与编辑、项目监督、方法论设计及概念框架的构建。Mudda Sasidhar：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿的撰写、软件使用、方法论设计、实验实施、数据分析及结果整理。

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数据可用性

目前无法分享用于验证上述研究结果的原始/处理数据，因为这些数据仍属于正在进行的研究项目的一部分。

作者声明：他们不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。