پنج روش موثر برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی مواد آلیاژ منیزیم

پنج روش موثر برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی مواد آلیاژی منیزیم
01
واکنش خوردگی کلی آلیاژهای منیزیم معمولاً به صورت الکتروشیمیایی با آب واکنش داده و باعث انحلال منیزیم می شود. در همان زمان، یک فیلم هیدروکسید با ساختار شش ضلعی تشکیل می شود و گاز هیدروژن تولید می شود. یون‌های منیزیم و یون‌های هیدروکسید به طور متناوب در ساختار کریستالی قرار می‌گیرند و در نتیجه لایه پایه غشاء مستعد ترک خوردن است. محصولات خوردگی عمومی آلیاژهای منیزیم با محیط خوردگی و ترکیب شیمیایی آلیاژهای منیزیم متفاوت است.

02
اشکال اصلی خوردگی موضعی عبارتند از خوردگی رشته ای، خوردگی شکافی و خوردگی حفره ای. اختلاف غلظت اکسیژن رانده باتری عامل اصلی خوردگی رشته ای است و اختلاف پتانسیل بین سر و دم بین 0.1 تا 0.2 ولت است. تحقیقات روی آلیاژ منیزیم AZ91 نشان می دهد که خوردگی حفره ای و خوردگی رشته ای از ویژگی های اصلی خوردگی اولیه آن است و خوردگی حفره ای اولیه منجر به خوردگی شکل می شود. خوردگی حفره‌ای آلیاژهای منیزیم عمدتاً در نقاط فعال روی سطح رخ می‌دهد و هنگامی که خوردگی الکتریکی اتفاق می‌افتد، تمایل به گسترش به داخل آلیاژ دارد.

03
منیزیم پتانسیل الکترود پایینی دارد و در تماس با کاتد بسیار مستعد خوردگی گالوانیکی است. معمولاً کاتد سایر مواد فلزی در تماس با آلیاژ منیزیم یا فاز دوم و عناصر ناخالص داخل آلیاژ منیزیم است که در شکل زیر به آنها خوردگی گالوانیکی خارجی و خوردگی گالوانیکی داخلی می گویند. عناصری مانند آهن، نیکل، مس و غیره دارای مازاد پتانسیل هیدروژنی پایینی هستند و معمولاً به عنوان کاتدهای بسیار کارآمد عمل می کنند که می تواند منجر به خوردگی گالوانیکی شدید در آلیاژهای منیزیم شود.

نمودار شماتیک خوردگی گالوانیکی

04
در محیط خورنده حاوی کرومات، سولفات و غیره، زمانی که آلیاژهای منیزیم تحت تنش های داخلی و خارجی به طور همزمان قرار می گیرند، آلیاژهای منیزیم ریخته گری، به ویژه آلیاژهای منیزیم ریخته گری مبتنی بر Mg و Al، به شدت به خوردگی تنشی حساس است و وجود خوردگی تنشی عملکرد قطعات را به شدت کاهش می دهد.

عوامل موثر بر مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای منیزیم
عوامل اصلی موثر بر مقاومت به خوردگی آلیاژهای منیزیم عبارتند از ترکیب آلیاژ، ریزساختار و محیط خوردگی. با آزمایش میزان خوردگی آلیاژهای منیزیم با محتویات مختلف عناصر ناخالصی مانند آهن، نیکل و مس، نشان داده شده است که با افزایش محتوای عناصر ناخالص، نرخ خوردگی آلیاژهای منیزیم به شدت کاهش می یابد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. این عناصر ناخالصی حلالیت جامد کمی در منیزیم دارند، اغلب ترکیبات بین فلزی را تشکیل می دهند و با ماتریس آلیاژ منیزیم باتری اولیه را تشکیل می دهند و خوردگی آلیاژهای منیزیم را تسریع می کنند.

اثر کسر جرمی عنصر بر نرخ خوردگی آلیاژ منیزیم
ریزساختار تأثیر زیادی بر رفتار خوردگی آلیاژهای منیزیم دارد. به عنوان مثال، برای آلیاژهای منیزیم که به سرعت جامد می شوند، به دلیل سرعت انجماد سریع، توزیع عناصر آلیاژی در ماتریس نسبتاً یکنواخت است که باعث بهبود مقاومت در برابر خوردگی می شود.
آلیاژهای منیزیم ویژگی های خوردگی متفاوتی را در محیط های خورنده مختلف نشان می دهند. در یک محیط خشک، یک لایه محافظ خاکستری به راحتی روی سطح تشکیل می شود و به راحتی خورده نمی شود. خوردگی متوسط ​​در اتمسفرهای روستایی و صنعتی اتفاق می‌افتد، اما در بیشتر محیط‌های آلی نه. خورده شده شرایط خوردگی خاص در محیط های مختلف به شرح زیر است:

بر اساس تحلیل فوق از سه عامل اصلی موثر بر رفتار خوردگی آلیاژهای منیزیم، بهبود مقاومت به خوردگی آلیاژهای منیزیم را می توان از دو جنبه زیر بررسی کرد:

یکی بهبود مقاومت خوردگی ذاتی آلیاژهای منیزیم است، یعنی بهبود مقاومت به خوردگی مواد پایه با بهینه سازی ترکیب آلیاژ و بهبود ریزساختار آلیاژهای منیزیم.

دوم استفاده از فناوری تصفیه سطح برای محافظت از بستر از طریق لایه محافظ سطح و جداسازی تماس بین محیط خورنده و بستر، در نتیجه بهبود مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای منیزیم است. این در حال حاضر متداول ترین فناوری مورد استفاده برای محافظت در برابر خوردگی آلیاژهای منیزیم است.

روشی موثر برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای منیزیم

تبدیل شیمیایی
فن آوری تصفیه ای که آلیاژ منیزیم با محلول تبدیل واکنش می دهد تا یک فیلم غیرفعال سازی محافظ ایجاد کند، روش تبدیل شیمیایی نامیده می شود. از ویژگی های اصلی آن می توان به تجهیزات ساده و کم هزینه بودن آن اشاره کرد و برای درمان قطعات پیچیده و بزرگ مناسب است.

لایه پوشش تبدیل شیمیایی به خوبی با زیرلایه ترکیب می شود، دارای منافذ خاص است و می تواند ترکیب خوبی با لایه آلی ایجاد کند و برای اجزایی که به دمای محیطی بالا و دقت کیفیت سطح نیاز ندارند، مناسب است. فناوری پوشش تبدیل بدون کروم توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است، مانند فسفات، پرمنگنات، نمک مبتنی بر وانادیوم، نمک فلزات خاکی کمیاب و تصفیه قلع. روش های تبدیل غیر کرومات و مزایا و معایب آنها به شرح زیر است:

آندایز کردن
فرآیند تشکیل یک لایه بر روی سطح فلز توسط الکترولیز اکسیداسیون آندی نامیده می شود. فیلم اکسیداسیون آندی دارای ساختار دو لایه متخلخل است، لایه متخلخل ضخیم تر لایه بیرونی است و لایه متراکم نازک تر لایه داخلی است. اکسید و اکسید رسوبی با هم.

فیلم آنودایز دارای منافذ بزرگ، توزیع نامنظم و ناهموار است. اگر آب بندی نشود، مقاومت در برابر خوردگی بسیار ضعیف خواهد بود. بنابراین، عملیات آب بندی بعدی مورد نیاز است تا هم زیبا و هم مقاوم در برابر خوردگی باشد. همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است، محلول تصفیه حاوی ترکیبات کروم است که باعث آلودگی جدی می شود، بنابراین فرآیندهای آندایزینگ سازگار با محیط زیست مانند فسفات ها به تدریج توسعه یافته اند.

اکسیداسیون میکرو قوس
اکسیداسیون میکرو قوس تکنیکی برای رشد درجا لایه‌های سرامیکی بر روی سطوح فلزی است. اولین بار توسط Gnterschulze و Betz در اوایل دهه 1930 پیشنهاد شد و به طور مداوم توسط دانشمندان کشورهای مختلف بهبود یافته است. در مقایسه با روش های تبدیل شیمیایی و اکسیداسیون آندی، ضخامت فیلم تهیه شده توسط اکسیداسیون میکرو قوس قابل کنترل است و مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش نیز بهتر است. چشم انداز کاربرد گسترده ای در زمینه های هوافضا، هوانوردی، ماشین آلات و الکترونیک دارد.

کاشت یون و آلیاژسازی سطحی
کاشت یون، سطح را در معرض پرتوی از ذرات یونیزه قرار می‌دهد و یون‌ها در موقعیت‌های بینابینی بستر برای تشکیل محلول جامد خنثی می‌شوند و در نتیجه خواص سطحی زیرلایه تغییر می‌کند. کاشت یون همچنین یک تکنیک موثر برای بهبود اصلاح سطح مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای منیزیم است. دوز معینی از یون ها می تواند از خوردگی آلیاژهای منیزیم جلوگیری کند. عناصر کاشته شده عمدتاً شامل N، O، Ti، Al و Zn هستند.

سطح با پوشش ضد خوردگی پوشش داده شده است
یکی دیگر از راه های موثر برای بهبود مقاومت به خوردگی آلیاژهای منیزیم، اعمال پوشش های مقاوم در برابر خوردگی بر روی سطح برای جداسازی آلیاژهای منیزیم از محیط های خورنده است. در حال حاضر پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی عمدتاً شامل پوشش‌های آلی، پوشش‌های فلزی مقاوم در برابر خوردگی و پوشش‌های مرکب می‌شوند.

1) پوشش آلی / پلیمری. پوشش آلی / پلیمری را می توان مستقیماً برای محافظت در برابر خوردگی روی سطح آلیاژ منیزیم استفاده کرد و همچنین می تواند برای بیرونی ترین پوشش محافظ و لایه آب بندی آلیاژ منیزیم برای بهبود بیشتر مقاومت در برابر خوردگی استفاده شود.

2) پوشش فلزی / مرکب. پوشش فلزی عمدتاً برای اعمال یک لایه پوشش فلزی بر روی سطح بستر آلیاژ منیزیم با استفاده از آبکاری الکترولس و آبکاری الکتریکی است. تحقیقات روی AZ91 نشان می دهد که پس از آبکاری الکترولس Ni-P و Ni-P-SiC، پتانسیل خود خوردگی در مقایسه با بستر AZ91 به طور قابل توجهی مثبت است (جدول زیر را ببینید)، و جریان خوردگی به طور قابل توجهی کاهش می یابد، که نشان می دهد آبکاری الکترولس می تواند مقاومت به خوردگی آلیاژ منیزیم AZ91 را بهبود بخشد. مقاومت در برابر خوردگی، در حالی که افزودن ذرات SiC تأثیر کمی بر مقاومت به خوردگی دارد.

پارامترهای الکتروشیمیایی خوردگی پوشش های آلیاژ منیزیم AZ91 در 3.5% NaCl

پوشش های مرکب بی اثری شیمیایی بسیار بالاتری نسبت به بسترهای آلیاژ منیزیم در محیط های خورنده خنثی یا اسیدی نشان می دهند. تهیه لایه ای از پوشش ترکیبی متراکم بر روی سطح بستر منیزیم و آلیاژ منیزیم، پتانسیل خوردگی زیرلایه را تا حد زیادی افزایش می دهد و مقاومت به خوردگی را بهبود می بخشد.