30Vol.53No.1()Oct.2020
建筑护栏用热挤压Mg-6.5Al合金在
雨水中的耐腐蚀性能分析
王智博「，朱俊涛-邓鹏鹏'联系人英文
(1.河南交通职业技术学院建筑工程系，河南郑州450046；
2.郑州大学土木工程学院，河南郑州450001；
3.西昌学院土木与水利工程学院，四川西昌615013)
［摘要］为了提高建筑护栏用Mg-6.5A1合金在雨水中的耐腐蚀性能，采用260°C热挤压比20：1处理以提高Mg-6.5A1合金的综合性能。通过扫描电镜、X射线衍射仪、电化学工作站研究了镁合金经过热挤压处理前后其显微组织结构以及腐蚀性能的变化。结果表明：热挤压处理并未改变合金物相结构，在a-Mg基体上存在p-Al以及部分MgAl相。经过热挤压处理后，MgAl组织获得了更均匀的分布形态。随着时间的增加，热挤压后的合金试样表现出更低的析氢速率，获得了更强的耐蚀能力。对热挤压态合金进行腐蚀处理后其表面更加光滑，形成了部分腐蚀坑，但腐蚀坑数量降低。热挤压态合金经腐蚀测试表明形成了Mg(0H)2与MgO产物，经热挤压处理的合金形成具有致密结构的腐蚀膜组织。
［关键词］镁合金；热挤压；电化学测试；腐蚀行为；雨水
［中图分类号］TG146.2［文献标识码］A［文章编号］1001-1560(2020)10-0030-04
flawAnalysis of the Corrosion Resistance of Hot Extrusion Mg-6.5A1
Alloy for Building Guardrails in Rain Water
WANG Zhi-bo1,ZHU Jun-tao2,DENG Peng-peng3
(1.Department of Architectural Engineering,Henan Vocational and Technical College of Communications,Zhengzhou450046,China；
2.School of Civil Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou450001,China；
3.College of Civil and Hydraulic Engineering,Xichang University,Xichang615013,China)
Abstract:In order to improve the corrosion resistance of Mg-6.5A1alloy for building guardrail in rain water,the comprehensive performance of Mg-6.5A1alloy was improved by using hot extrusion at260七with a ratio of20：1.The microstructure and corrosion behavior of magnesium alloy before and aft
er hot extrusion were studied by means of scanning electron microscope,X-ray diffraction and electrochemical workstation. Results showed that the pha structure of the alloy was not changed by the hot extrusion treatment,and it was the a-Mg substrate with some Al as well as MgAl phas.After the hot extrusion treatment,the MgAl pha obtained a more uniform distribution.With the increa of time,the hot extrusion sample showed a faster rate of hydrogen evolution than the as- cast one and gained the stronger corrosion resistance. Moreover,the corrosion treatment of the hot-extruded alloy resulted in a smoother surface,and some corrosion pits formed,the number of which was reduced compared with that of the as-cast alloy.It was showed that the Mg(OH)2and MgO products fonned by analysis of corrosion test on the hot extruded alloy,and the generated corrosion film structure possd a den structure.
Key words:magnesium alloy；hot extrusion；electrochemical testing；corrosion behavior；rain
2010年高考英语0前言
镁合金是一种易于加工的轻型结构材料，并且具备优异的耐蚀性，已被广泛应用于各个领域。当在镁基体中添加Y元素后将引起Mg轴径比(a/c)的变化，使镁合金获得更优加工性＞切。已有许多学者开展了镁合金的力学性能优化分析，例如采用加入合金元素或者通过塑性变形的方式使合金获得更高的力学强
［收稿日期］2020-04-22
［基金项目］河南省高等学校重点科研项目(20B570006)资助
［通信作者］王智博(1982-)，硕士，讲师，研究方向为土木工程，电话：138****7270,E-mail:
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度但因为Y的活性比镁更高，导致镁合金无法具备良好的耐蚀能力，这对镁合金的实际应用造成了明显制约。相关研究表明，镁合金的元素类型或显微组织的改变以及外部环境变化都将对其耐蚀性造成不同程度的影响〔问。通过测试发现A1和Mg反应得到MgAl相，当其受到腐蚀时便会转变成A1颗粒，从而形成更加致密的膜层，使合金获得更优耐蚀性Xu 等⑴)采用0.1mol/L的NaCl溶液对单相Mg-Y合金进行了腐蚀测试，结果显示该合金表现出了优异的耐蚀能力。经XPS测试可知，合金基体内形成了许多弥散态的Y颗粒，因此表面膜经过腐蚀后形成了具有致密结构的Y2CO3层，有效隔绝了溶液与基体组织的接触，从而降低了腐蚀程度。Wang等〔⑶采用雨水对Mg-8%Y进行腐蚀测试发现该合金耐蚀性较差，由于雨水中含有氯离子，导致其腐蚀电流密度明显提高，接近200|xA/cm2，从而引起镁合金发生严重腐蚀的现象。
丽安娜刘易斯
英语通知范文
以上研究在提高镁合金耐腐蚀方面取得了一定的成果，但对挤压镁合金在雨水中的腐蚀问题研究不多。镁合金经过热挤压处理后可以起到细化基体组织并降低第二相颗粒尺寸的作用，获得更强的耐蚀能力［""I。本工作重点分析了Mg-6.5A1镁合金经过热挤压处理前后的显微组织结构和腐蚀性能并进行了对比，以为进一步增强镁合金的耐腐蚀性提供参考。
1试验
1.1合金的制备
合金制备工艺：加入高纯(>99.99%)镁、铝，同时以Mg-5%Y与Mg-7%Zr的中间合金形式加入Y与Zr。由于某些元素活性较高，熔炼期间较易发生烧损的问题，先采用抽真空方法使真空度达到2.40Pa，再通入保护氮气使压力提高到0.05MPa。
按照表1中各成分的名义添加量，将每种原料按设定比例添加到石墨堆竭内并预热0.5h。将熔炼得到的熔体添加到模具内，要求保持连续的流动状态，同时将剩余残渣去除。经过5h降温后，释放压力并将铸锭取岀。在380七温度下对铸锭进行8h均匀化处理，经过淬火处理后再将氧化皮去除，升温到260T经过2h 保温后，再对其进行热挤压得到板材试样，控制热挤压比为20:1，热挤压板材的尺寸为100mmx100mmx20 mm。通过电感偶合等离子体发射光谱仪(ICP-5000型)测定合金的各元素组成，铸造合金的实际成分测试结果见表1。
表1Mg-6.5A1合金的化学成分(质量分数)%元素Y A1Zr Mg
名义0.01 5.000.03余量ade
实际0.01 4.930.03余量
1.2性能测试
采用Phenom LE扫描电镜(SEM)对热挤压面进行表征。以Quanta-200扫描电镜观察试样的显微组织结构及其腐蚀后的微观形貌。同时，采用DMAX-RB型X 射线衍射仪(XRD)对合金的物相结构进行表征,20扫描范围10°-80%然后利用自然雨水将合金进行24h 浸泡处理，对合金腐蚀后的表面各元素化合态采用AXIS Ultra型光电子能谱仪(XPS)表征。
试样的电化学极化曲线测试通过三电极体系在3.5%(质量分数，下同)NaCl溶液中完成。其中，工作电极为合金试样，参比电极为KC1饱和甘汞电极(SCE)，对电极为钳电极。试验温度(25±1)乜。采用CHI660E型辰华电化学工作站作为电化学测试仪器，扫描速率为2mV/s，测试电位-2.0~-1.0V(vs SCE)O 利用质量分数为3.5%的NaCl溶液对试样进行室温浸泡处理，并测试其析氢腐蚀速率，通过排水法收集氢气，按照式(1)计算得到析氢自腐蚀速率P1181:
P=22.85人。”(1)式中，人。”为自腐蚀电流密度。
2结果与分析
2.1微观组织
图1为采用热挤压处理前后Mg-6.5A1合金的XRD谱。由图1可知，热挤压处理并未改变合金物相结构，大部分都是0-A1组织，同时还存在a-Mg以及部分MgAl。经过热挤压处理后合金基体内形成了更多的MgAl。
1020 30 4050 60 7080
20/（。）
图1Mg-6.5A1合金热挤压前后的XRD
谱
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图2为Mg-6.5A1合金经过热挤压处理刖后的SEM形貌，表2为对应的测点元素分布。从图2和表2可知，铸态Mg-6.5A1合金基体组织内存在许多不均匀黑色小颗粒MgAl相（测点2）o对Mg-6.5A1进行热挤压处理后，在热挤压方向上产生了许多带状结分布的结构（测点3），基体内形成了许多断裂的a-Mg组织，以及一些具有不规则外形的MgAl相（测点4），其数量比铸态Mg-6.5A1合金的显著降低了，但达到了更均匀分布状态。
（a）热挤压前
（b）热挤压后
图2Mg-6.5A1合金热挤压前后的SEM形貌
表2图2对应测点的元素及含量（质量分数）%元素Y A1Zr Mg
10.01 5.160.03余量
2-23.360.02余量
30.02 5.680.05余量
4-22.680.01余量
通过上述对比发现,Mg-6.5Al合金热挤压处理前后的物相保持稳定。经过热挤压处理后,a-Mg相在热挤压方向上产生了带状的断裂组织，并且经过热挤压得到的MgAl组织获得了更均匀的分布形态，同时MgAl相的数量发生了降低。2.2腐蚀行为
2.2.1析氢自腐蚀测试
图3为Mg-6.5A1合金热挤压前后以雨水作为介质的析氢曲线。从图3可知，热挤压前后的合金表现出相近的析氢特性：在9h前的最初腐蚀阶段，随着时间的增加，析氢速率表现为线性递增的趋势，同时热挤压后试样表现出更快的析氢速率；经过8h腐蚀处理后,2种试样都发生了析氢速率增幅的下降，不过依然处于不断增长的过程。相对而言，热挤压试样具有比铸态试样更低的析氢速率；经过16h腐蚀处理后,2种试样都发生了析氢速率增幅的提高，其中铸态试样表现为线性增大的现象，热挤压处理后的试样表现为小幅增长的现象。
10。
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二
图3热挤压前后的Mg-6.5Al合金在雨水中的析氢曲线
图4为热挤压前后的Mg-6.5A1合金在3.5%NaCl 溶液中的极化曲线。由图4可知，阳极出现了钝化反应，表现为负差数特征。当腐蚀电位增大，形成了快速增大的腐蚀电流密度，此时试样被腐蚀，这是由于合金试样的阳极腐蚀速率加快所致。同时发现，对热挤压试样实施电位正扫的过程中也发生了波动变化，这是因为在表面区域出现腐蚀产物剥落的结果。
图4热挤压前后的Mg-6.5A1合金在3.5%NaCl
溶液中的极化曲线
第53卷•第1()期• 202()年1()月
表3为热挤压前后Mg-6.5A1合金的极化曲线拟合
结果。由表3可知，热挤压后Mg-6.5A1合金的反。”和 阳极曲线斜率乞有所增加，自腐蚀电流密度人。”明显 减小，表明热挤压后的Mg-6.5A1合金比热挤压前的耐
腐蚀性能好，这与析氢测试所得结论一致。表3热挤压前后Mg-6.5A1合金极化曲线拟合结果
阳极
平均腐蚀速率析氢速率
参数几"/
人 o rr/
%/叫/
V
(mV-dec -1)
(|xA •cm -2 )
(mL^cm -2 *d _,)(mm •a'"1 )
热挤压前-1.390172.36120.35 1.05 2.33
热挤压后-1.338
173.57
64.890.96
2」4
图5为热挤压前后Mg-6.5A1合金在雨水中浸泡
24 h 后的腐蚀表面微观形貌。
(a )热挤压前
(b )热挤压后
图5热挤压前后Mg-6.5A1合金在雨水中浸泡
24 h 后的腐蚀表面SEM 形貌
由图5可知，热挤压前合金进行腐蚀处理形成了 凹凸明显的表面，同时形成了疏松、块型结构的氧化
物，在晶界部位发生了较大程度的腐蚀。热挤压后合 金进行腐蚀处理得到了比挤压前更光滑的表面，腐蚀 膜只出现很少裂纹，同时形成了部分腐蚀坑，但相对热
挤压前其腐蚀坑数量降低了。
2.2.2腐蚀膜层分析
图6为热挤压前后Mg-6.5A1合金在雨水中浸泡
24 h 后腐蚀表面的XPS 谱。从图6可知，热挤压前的
合金腐蚀膜内存在Mg 、Al 、O 等多种元素，但A1含量极
低，没有形成A1以及含有A1的化合物，主要存在
Mg(OH )2，另有小部分MgO 与Mg 。从图5可知经热挤
压处理的合金形成了具有致密结构的腐蚀膜组织。这
是因为A1在基体内的比例很小，导致MgAl 颗粒过少, 无法对膜层形成良好镶嵌的状态，从而无法隔绝溶液 与基体的接触。
图6热挤压前后Mg-6.5A1合金在雨水浸泡24 h 后
腐蚀表面的XPS 谱
3结论
(1) 热挤压处理并未改变Mg-6.5A1合金的物相结
构，大部分是B-A1组织，存在a-Mg 以及部分MgAl o 基体内形成了许多断裂的a-Mg 组织，以及一些具有不 规则外形的MgAl 颗粒。经过热挤压处理后，MgAl 组
织获得了更均匀的分布形态，MgAl 相的数量相对 降低。
(2) 随着腐蚀时间的增加，热挤压后的Mg-6.5A1
合金表现出更低的析氢速率，说明合金经过热挤压处 理后其腐蚀速率减小，获得了更强的耐蚀能力。
对热
挤压态合金进行腐蚀处理得到更光滑的表面，形成了
部分腐蚀坑，但相对热挤压前其腐蚀坑数量得到降低。
(3) 对热挤压态Mg-6.5A1合金进行腐蚀测试表
明，主要形成了 Mg(OH )2与MgO 产物，经热挤压处理 后其腐蚀膜组织更加致密。
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页)
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量或者采用不含氯化鞍的助镀工艺可显著改善热浸洗工艺的环境影响程度。
(3)酸洗工艺水平与企业对环境和效益的影响息息相关。根据实地调研情况，改进酸洗工艺，酸洗废气有组织排放，采用废酸回收再生工艺，提升酸液利用率，降低排放废酸的pH值等方式，可以直接降低企业废酸处理的费用，改善厂房的工作环境，减少废酸的环境污染，同时可以显著提升热浸锌工艺的绿色化水平。
综合以上可见，“二污普”制定的模块化产污系数体系，采用一种区别于以往的产排污计算模式，有利于监控某一区域或地区产排污情况，可以直接反映出某一区域或地区制造业的绿色化水平，为制造业提升绿色工艺水平提供一套新的评价体系，具有积极的社会意义。
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