【摘 要】
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镁铝合金是世界上较轻的金属结构材料之一,密度仅是铝合金的2/3,经合金化强化的镁铝合金结构材料可使航天飞行器减重20%～30%,同时还保持减震、高阻尼性能等特性,在国防军工、运输系统和电子器件等领域拥有广阔的发展前景。然而,镁铝合金中Mg具有较高的电化学活性,且合金中第二相与α-Mg之间存在较大的电位差,容易形成微电偶腐蚀,从而降低了镁铝合金的耐蚀性。微电偶腐蚀是一种危害极为广泛和可能产生严重损失
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镁铝合金是世界上较轻的金属结构材料之一,密度仅是铝合金的2/3,经合金化强化的镁铝合金结构材料可使航天飞行器减重20%～30%,同时还保持减震、高阻尼性能等特性,在国防军工、运输系统和电子器件等领域拥有广阔的发展前景。然而,镁铝合金中Mg具有较高的电化学活性,且合金中第二相与α-Mg之间存在较大的电位差,容易形成微电偶腐蚀,从而降低了镁铝合金的耐蚀性。微电偶腐蚀是一种危害极为广泛和可能产生严重损失的腐蚀形式,其腐蚀行为的原位观察属于国际前沿研究课题,如何实现微电偶腐蚀行为的准确表征将有助于揭示微电偶腐蚀对合金耐蚀性能的影响机制这一重要基础科学问题。采用扫描电子显微镜（SEM）、扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）和电化学测量方法,研究了表面微电偶腐蚀和腐蚀膜对AZ91-x Nd合金耐蚀性的影响。微观组织形貌表明:在改性AZ91-x Nd镁合金中观察到白色针状的Al2Nd相和粒状的Al-Mn-Nd相。稀土元素Nd使AZ91合金中β-Mg17Al12由连续网状结构转变为枝晶状、短棒状结构。根据SKPFM的结果,相对于基体α-Mg而言,Al-Mn-Nd（～275 m V）和Al2Nd（～180 m V）金属间化合物的电势明显低于Al-Mn相（～560m V）,但略高于β-Mg17Al12相（～175 m V）)。由于稀土Nd的添加抑制了第二相与基体之间的微电偶腐蚀,AZ91-1.0Nd（5129Ω·cm~2）镁合金的极化电阻是未改性AZ91镁合金（1313Ω·cm~2）的3.9倍。影响AZ91-x Nd（x=0、0.5、1.0和1.5 wt.%）合金的耐腐蚀的主要因素如下:（i）表面微电偶腐蚀的的抑制,由于稀土Nd的添加会降低第二相与基体之间的电势差,导致合金整体微电偶腐蚀效果减弱,从而提高测试合金的耐腐蚀性能（AZ91）;（ii）腐蚀膜,除氢氧化镁和碳酸镁外,改性AZ91-Nd镁合金中含有Nd2O3的均匀腐蚀膜隔离了被测试样和电解液,抑制了有害阴离子(OH-,CO32-)的渗透,抑制了AZ91-Nd合金表面微电腐蚀的发生。采用原位光学显微镜（In-situ OM）、准原位扫描电镜（Quasi-in-situ SEM）、原位原子力显微镜（In-situ AFM）、扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）和电化学测量方法研究Mg-9Al-1Fe（-1M）（M=Nd,Gd）合金的微区微电偶腐蚀行为。除了常规的组分外(α-Mg、β-Mg17Al12),Mg-9Al-1Fe合金还包括一些离散分布的Al Fe3颗粒相。稀土元素Nd/Gd的添加使得Mg-9Al-1Fe-1M（M=Nd,Gd）合金中生成了许多富Nd/Gd相(Al2Nd/Al2Gd、Al8Fe4Nd/Al10Fe2Gd)。表面电势结果表明:相对于α-Mg基体,Mg-9Al-1Fe合金中的Al Fe3颗粒具有最大的伏特电势差（～400 m V）,而β-Mg17Al12相的电势为～150 m V。相比于Al Fe3颗粒,Mg-9Al-1Fe-1M（M=Nd,Gd）合金中的富Nd/Gd相电势明显降低,分别为Al8Fe4Nd～250 m V、Al2Nd～180 m V和Al10Fe2Gd～225 m V、Al2Gd～195 m V。随腐蚀的进行,同一位置的颗粒状析出相Al Fe3附近发生严重腐蚀,在其周围积累了大量的腐蚀产物;而Al2Nd/Al2Gd和Al8Fe4Nd Al10Fe2Gd稀土金属间化合物附近基本没变化。失重析氢和电化学测试实验表明:Nd和Gd的添加显著地提高了Mg-9Al-1Fe合金耐蚀性。稀土Nd/Gd对所研究合金在腐蚀介质下的耐蚀性的影响主要与以下两个因素有关:（i）第二相和α-Mg基体间的微电偶腐蚀;Nd/Gd元素的添加降低了第二相与α-Mg基体间的电势差,减弱了局部微电偶腐蚀的驱动力,从而弱化了合金的微电偶腐蚀效应。（ii）β-Mg17Al12相体积分数下降;由于富Nd/Gd相消耗了部分Al元素,β-Mg17Al12相体积分数减小,从一定程度上减小了微电偶腐蚀的阴极面积,从而整体上降低了微电偶腐蚀阴极效应。
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