Fünf effektive Möglichkeiten zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungsmaterialien

Fünf wirksame Möglichkeiten zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungsmaterialien
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Die gesamte Korrosionsreaktion von Magnesiumlegierungen reagiert normalerweise elektrochemisch mit Wasser und führt zur Auflösung von Magnesium. Gleichzeitig bildet sich ein Hydroxidfilm mit hexagonaler Struktur und es entsteht Wasserstoffgas. Magnesiumionen und Hydroxidionen sind in der Kristallstruktur abwechselnd angeordnet, was dazu führt, dass die Basisschicht der Membran anfällig für Risse ist. Die allgemeinen Korrosionsprodukte von Magnesiumlegierungen variieren je nach Korrosionsumgebung und der chemischen Zusammensetzung von Magnesiumlegierungen.

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Die Hauptformen der lokalen Korrosion sind die Filiformkorrosion, die Spaltkorrosion und die Lochfraßkorrosion. Der Unterschied in der Sauerstoffkonzentration im Batteriebetrieb ist der Hauptfaktor für fadenförmige Korrosion, und der Potentialunterschied zwischen Kopf und Schwanz liegt zwischen 0,1 und 0,2 V. Die Forschung an der Magnesiumlegierung AZ91 zeigt, dass Lochfraß und fadenförmige Korrosion die Hauptmerkmale ihrer frühen Korrosion sind und die anfängliche Lochfraßkorrosion zu fadenförmiger Korrosion führen wird. Die Lochfraßkorrosion von Magnesiumlegierungen tritt hauptsächlich an den aktiven Punkten der Oberfläche auf, und sobald die Elektrokorrosion auftritt, neigt sie dazu, sich in das Innere der Legierung auszudehnen.

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Magnesium hat ein niedriges Elektrodenpotential und ist bei Kontakt mit der Kathode sehr anfällig für galvanische Korrosion. Normalerweise besteht die Kathode aus anderen Metallmaterialien, die mit der Magnesiumlegierung in Kontakt stehen, oder aus der zweiten Phase und Verunreinigungselementen innerhalb der Magnesiumlegierung, die als äußere galvanische Korrosion und innere galvanische Korrosion bezeichnet werden, wie in der Abbildung unten dargestellt. Elemente wie Fe, Ni, Cu usw. haben ein niedriges Wasserstoffüberpotential und wirken normalerweise als hocheffiziente Kathoden, was in Magnesiumlegierungen zu schwerer galvanischer Korrosion führen kann.

Schematische Darstellung der galvanischen Korrosion

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In der korrosiven Umgebung, die Chromat, Sulfat usw. enthält und Magnesiumlegierungen gleichzeitig inneren und äußeren Belastungen ausgesetzt sind, weisen Magnesiumgusslegierungen, insbesondere Magnesiumgusslegierungen auf Mg- und Al-Basis, eine äußerst empfindliche Reaktion auf Spannungskorrosion auf, und das Vorhandensein von Spannungskorrosion beeinträchtigt die Betriebsleistung der Komponenten erheblich.

Faktoren, die die Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen beeinflussen
Die Hauptfaktoren, die die Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen beeinflussen, sind Legierungszusammensetzung, Mikrostruktur und Korrosionsmedium. Durch Testen der Korrosionsrate von Magnesiumlegierungen mit unterschiedlichen Gehalten an Verunreinigungselementen wie Fe, Ni und Cu wurde gezeigt, dass die Korrosionsrate von Magnesiumlegierungen mit zunehmendem Gehalt an Verunreinigungselementen stark abnimmt, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Diese Verunreinigungselemente weisen eine geringe Feststofflöslichkeit in Magnesium auf, bilden häufig intermetallische Verbindungen und bilden mit der Magnesiumlegierungsmatrix eine Primärbatterie, wodurch die Korrosion von Magnesiumlegierungen beschleunigt wird.

Einfluss des Elementmassenanteils auf die Korrosionsrate einer Magnesiumlegierung
Die Mikrostruktur hat großen Einfluss auf das Korrosionsverhalten von Magnesiumlegierungen. Beispielsweise ist bei schnell erstarrten Magnesiumlegierungen aufgrund der schnellen Erstarrungsgeschwindigkeit die Verteilung der Legierungselemente in der Matrix relativ gleichmäßig, was die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Magnesiumlegierungen zeigen in unterschiedlichen korrosiven Medien unterschiedliche Korrosionseigenschaften. In einer trockenen Umgebung bildet sich leicht ein grauer Schutzfilm auf der Oberfläche, der nicht leicht korrodiert; In ländlichen und industriellen Atmosphären kommt es zu mäßiger Korrosion, in den meisten organischen Medien jedoch nicht. korrodiert. Die spezifischen Korrosionsbedingungen in verschiedenen Medien sind wie folgt:

Basierend auf der obigen Analyse der drei Hauptfaktoren, die das Korrosionsverhalten von Magnesiumlegierungen beeinflussen, kann die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen unter den folgenden zwei Aspekten untersucht werden:

Eine besteht darin, die intrinsische Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen zu verbessern, d. h. die Korrosionsbeständigkeit von Grundmaterialien durch Optimierung der Legierungszusammensetzung und Verbesserung der Mikrostruktur von Magnesiumlegierungen zu verbessern;

Die zweite besteht darin, die Oberflächenschutzbehandlungstechnologie zu verwenden, um das Substrat durch die Oberflächenschutzschicht zu schützen und den Kontakt zwischen dem korrosiven Medium und dem Substrat zu isolieren, wodurch die Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen verbessert wird. Dies ist derzeit die am häufigsten verwendete Technologie zum Korrosionsschutz von Magnesiumlegierungen.

Eine effektive Möglichkeit, die Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen zu verbessern

chemische Umwandlung
Die Behandlungstechnologie, bei der die Magnesiumlegierung mit der Konvertierungslösung reagiert, um einen schützenden Passivierungsfilm zu bilden, wird als chemische Konvertierungsmethode bezeichnet. Seine Hauptmerkmale sind einfache Ausrüstung und niedrige Kosten, und es eignet sich für die Bearbeitung komplexer und großer Teile.

Die chemische Konversionsschicht verbindet sich gut mit dem Substrat, weist spezifische Poren auf und kann eine gute Verbindung mit der organischen Schicht eingehen. Sie eignet sich für Komponenten, die keine hohe Umgebungstemperatur und keine hohe Genauigkeit der Oberflächenqualität erfordern. Die chromfreie Konversionsbeschichtungstechnologie hat große Beachtung gefunden, beispielsweise Phosphat, Permanganat, Salz auf Vanadiumbasis, Salz von Seltenerdmetallen und Stannatbehandlung. Die Nicht-Chromat-Umwandlungsmethoden und ihre Vor- und Nachteile sind wie folgt:

Eloxieren
Der Prozess der Bildung eines Films auf der Metalloberfläche durch Elektrolyse wird als anodische Oxidation bezeichnet. Der anodische Oxidationsfilm hat eine poröse Doppelschichtstruktur, die dickere poröse Schicht ist die äußere Schicht und die dünnere dichte Schicht ist die innere Schicht. Oxid und abgeschiedenes Oxid zusammen.

Der Eloxalfilm weist große Poren sowie eine unregelmäßige und ungleichmäßige Verteilung auf. Wenn es nicht versiegelt ist, ist die Korrosionsbeständigkeit sehr schlecht. Daher ist eine anschließende Versiegelungsbehandlung erforderlich, um es sowohl schön als auch korrosionsbeständig zu machen. Wie in der folgenden Tabelle gezeigt, enthält die Behandlungslösung Chromverbindungen, die eine erhebliche Umweltverschmutzung verursachen. Daher wurden nach und nach umweltfreundliche Anodisierungsverfahren wie Phosphate entwickelt.

Mikrolichtbogenoxidation
Die Mikrolichtbogenoxidation ist eine Technik zum In-situ-Wachstum von Keramikschichten auf Metalloberflächen. Es wurde erstmals Anfang der 1930er Jahre von Günterschulze und Betz vorgeschlagen und von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern kontinuierlich verbessert. Im Vergleich zu chemischen Umwandlungs- und anodischen Oxidationstechniken ist die Dicke des durch Mikrolichtbogenoxidation hergestellten Films kontrollierbar und auch die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit sind besser. Es verfügt über breite Anwendungsaussichten in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Maschinenbau und Elektronik.

Ionenimplantation und Oberflächenlegierung
Durch die Ionenimplantation wird die Oberfläche einem Strahl ionisierter Partikel ausgesetzt, und die Ionen werden an den Zwischengitterpositionen des Substrats interkaliert und neutralisiert, um eine feste Lösung zu bilden, wodurch sich die Oberflächeneigenschaften des Substrats verändern. Die Ionenimplantation ist auch eine wirksame Technik zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der Oberflächenmodifikation von Magnesiumlegierungen. Eine bestimmte Ionendosis kann die Korrosion von Magnesiumlegierungen hemmen. Zu den implantierten Elementen gehören hauptsächlich N, O, Ti, Al und Zn.

Oberfläche mit Korrosionsschutzbeschichtung beschichtet
Eine weitere wirksame Möglichkeit, die Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen zu verbessern, besteht darin, korrosionsbeständige Beschichtungen auf der Oberfläche aufzubringen, um Magnesiumlegierungen von korrosiven Medien zu isolieren. Derzeit umfassen korrosionsbeständige Beschichtungen hauptsächlich organische Beschichtungen, korrosionsbeständige Metallbeschichtungen und Verbundbeschichtungen.

1) Organische/Polymerbeschichtung. Die organische/Polymerbeschichtung kann direkt zum Korrosionsschutz auf der Oberfläche der Magnesiumlegierung verwendet werden und kann auch für die äußerste Schutzbeschichtung und Versiegelungsschicht der Magnesiumlegierung verwendet werden, um die Korrosionsbeständigkeit weiter zu verbessern.

2) Metall-/Verbundbeschichtung. Bei der Metallbeschichtung handelt es sich hauptsächlich um das Aufbringen einer Metallbeschichtungsschicht auf die Oberfläche des Magnesiumlegierungssubstrats durch stromloses Plattieren und Galvanisieren. Die Forschung zu AZ91 zeigt, dass nach der stromlosen Beschichtung mit Ni-P und Ni-P-SiC das Selbstkorrosionspotential im Vergleich zum AZ91-Substrat deutlich positiv ist (siehe Tabelle unten) und der Korrosionsstrom deutlich reduziert ist, was darauf hindeutet, dass die stromlose Beschichtung die Korrosionsbeständigkeit der AZ91-Magnesiumlegierung verbessern kann. Korrosionsbeständigkeit, während die Zugabe von SiC-Partikeln nur geringe Auswirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit hat.

Elektrochemische Korrosionsparameter von AZ91-Magnesiumlegierungsbeschichtungen in 3,5 % NaCl

Verbundbeschichtungen weisen in neutralen oder sauren korrosiven Medien eine viel höhere chemische Inertheit auf als Substrate aus Magnesiumlegierungen. Durch die Herstellung einer dichten Verbundbeschichtung auf der Oberfläche von Magnesium- und Magnesiumlegierungssubstraten wird das Korrosionspotenzial des Substrats erheblich erhöht und die Korrosionsbeständigkeit verbessert.