弹塑性压应力对镁稀土合金腐蚀行为的影响研究

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与传统的镁合金相比,镁稀土合金具有良好的耐热性,比强度高以及相对较好的耐腐蚀性能等特点,在航空航天、国防科技等领域得到广泛应用。但由于腐蚀电位低,镁稀土合金的耐腐蚀性能相对较差,制约了其应用。同时,经常作为结构材料来使用,在服役过程中不仅会受到腐蚀环境的影响,还无法避免受到外部载荷应力作用,并且在这种力学-化学的协同作用下,使镁合金腐蚀行为发生了变化,极大影响了镁合金的耐蚀性能,因此研究应力对镁合金腐蚀行为的影响机制具有巨大的工程应用价值。然而,目前对镁合金腐蚀行为的研究主要集中于拉应力,关于压应力的研究较少,特别是弹塑性压应力对镁稀土合金腐蚀行为的影响还不明确,因此研究弹塑性压应力对镁稀土合金腐蚀行为的影响研究具有重大意义。本文以Mg-Gd-Y合金为研究对象,通过自研的压应力加载装置对Mg-Gd-Y合金施加不同的弹、塑性压应力,采用全浸泡失重法、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)等观察和分析Mg-Gd-Y合金的微观组织和物相组成、微观形貌及腐蚀行为,再通过电化学工作站对镁稀土合金在不同弹塑性压应力加载条件下的耐蚀性和腐蚀敏感性进行研究。结论如下:1)Mg-Gd-Y合金主要由α-Mg晶粒、骨状的Mg24Y5相、少量块状Mg5Gd相和14H型平行针状的LPSO相(Mg12Y1Zn1)组成。其中,Mg24Y5相分布在α-Mg晶界处,Mg5Gd相以散点状分布在Mg24Y5相周围,LPSO相从Mg24Y5相向α-Mg晶粒内部延伸。2)无应力状态下,Mg-Gd-Y合金首先在晶界处发生腐蚀并沿着晶界延伸,随后在α-Mg晶粒内部发生腐蚀,此后在LPSO相周围发生腐蚀。在弹性压应力作用下,Mg-Gd-Y合金主要发生晶粒内腐蚀,然后沿着LPSO相向晶界发展。在塑性压应力作用下,在Mg-Gd-Y合金晶界处,特别是Mg24Y5相-Mg-Gd-Y合金晶界处会发生剧烈腐蚀。分析认为,弹性压应力导致合金内部原子间距减小,导致Mg24Y5相与α-Mg的电极电位差减小;塑性压应力使得LPSO相和Mg24Y5相组织附近产生了大量位错,并在α-Mg晶界处发生位错塞积和位错攀移,导致晶界处应力集中,从而加速了晶界处的腐蚀。3)电化学测试结果表明,弹性压应力作用下,随着加载应力的提高,镁稀土合金自腐蚀电流密度Icoor呈一直增大,自腐蚀电位Ecoor、电荷转移电阻Rt和腐蚀产物电阻Rp呈现先减小再增大的趋势。但当弹性压应力达到0.7σs时,EIS低频出现第二个容抗回路,表明弹性压应力加速了腐蚀产物膜的生长,此时合金表面具备较为完整的腐蚀产物膜。塑性压应力下,镁稀土合金Rt和Rp呈现单调递减,表明镁稀土合金电化学腐蚀程度加剧。4)Mg-Gd-Y合金在弹塑性压应力的作用不会改变腐蚀产物膜的物相组成;腐蚀前期,弹性压应力(0.5σs,)会使腐蚀产物膜部分的晶粒变小,腐蚀产物膜中的载流子浓度和缺陷数量有所减小,对晶粒内α-Mg表面腐蚀产物膜的生长起到促进作用。塑性压应力(1.5σs)会破坏腐蚀产物膜的完整性,但在腐蚀前期时,膜仍对基体具有一定的保护作用。但由于晶界处的裂纹缺陷数量会随着腐蚀时间增加,腐蚀产物膜的稳定性降低,对基体的保护逐渐减弱。
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