Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為的多維度探究與機制解析一、引言1.1研究背景與意義在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，輕量化材料的研發(fā)與應(yīng)用一直是重要的研究方向。鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有密度低、比強度和比剛度高、阻尼性能好、電磁屏蔽能力強以及易回收等一系列優(yōu)異特性，在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，被譽為“21世紀(jì)綠色工程材料”。在航空航天領(lǐng)域，減輕飛行器結(jié)構(gòu)重量對于提高其載荷能力、燃油效率以及飛行性能至關(guān)重要，鎂合金的輕質(zhì)高強特性使其成為制造飛機、火箭等飛行器結(jié)構(gòu)件的理想材料；在汽車制造領(lǐng)域，使用鎂合金制造車身、發(fā)動機零部件等，不僅能顯著降低汽車重量，提高燃油經(jīng)濟性，還能提升汽車的操控性能和安全性能；在電子設(shè)備領(lǐng)域，鎂合金良好的散熱性能和機械加工性能使其廣泛應(yīng)用于制造電子產(chǎn)品的外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，有效提升產(chǎn)品的散熱效率和外觀質(zhì)感。Mg-Zn-Er合金作為一種新型鎂合金，由于Zn和Er元素的加入，進一步優(yōu)化了合金的性能。Zn元素能夠通過固溶強化和時效強化作用提高鎂合金的強度和硬度，同時在一定程度上改善其耐蝕性；Er作為稀土元素，不僅可以細化合金晶粒，提高合金的強度和韌性，還能促進合金表面形成致密的氧化膜，從而顯著提高合金的耐蝕性。通過合理調(diào)控Zn和Er元素的含量以及合金的制備工藝，可以獲得具有優(yōu)異綜合性能的Mg-Zn-Er合金板材，使其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用中更具競爭力。然而，與其他鎂合金一樣，Mg-Zn-Er合金板材在實際使用過程中也面臨著嚴(yán)重的腐蝕問題。鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低（-2.37V，相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極），化學(xué)性質(zhì)活潑，在大多數(shù)環(huán)境介質(zhì)中容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。腐蝕不僅會導(dǎo)致Mg-Zn-Er合金板材的表面質(zhì)量下降，使其外觀受損，還會降低其力學(xué)性能，如強度、韌性等，嚴(yán)重影響其使用壽命和服役安全性。在航空航天領(lǐng)域，若Mg-Zn-Er合金結(jié)構(gòu)件發(fā)生腐蝕，可能導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)強度降低，引發(fā)飛行事故；在汽車制造領(lǐng)域，合金的腐蝕會加速汽車零部件的損壞，增加維修成本，甚至影響行車安全；在電子設(shè)備領(lǐng)域，腐蝕可能破壞電子設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路連接，導(dǎo)致設(shè)備故障，影響其正常使用。此外，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕還會帶來巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失高達數(shù)千億美元，其中鎂合金的腐蝕損失也占有相當(dāng)比例。為了防止Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕，通常需要采取各種防護措施，如表面涂層、電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理等，這些防護措施不僅增加了生產(chǎn)成本，還可能對環(huán)境造成一定的影響。因此，深入研究Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為，揭示其腐蝕機理，對于開發(fā)有效的腐蝕防護策略，提高合金的耐蝕性，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。通過研究Mg-Zn-Er合金板材在不同環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕行為，可以為其在特定服役環(huán)境下的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)合金成分設(shè)計和制備工藝的優(yōu)化，從而提高合金的綜合性能和可靠性；開發(fā)新型、高效、環(huán)保的腐蝕防護技術(shù)，不僅可以延長Mg-Zn-Er合金板材的使用壽命，降低維護成本，還能推動鎂合金材料在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在過去的幾十年里，國內(nèi)外學(xué)者對鎂合金的腐蝕行為進行了廣泛而深入的研究，其中Mg-Zn-Er合金板材作為一種具有潛在應(yīng)用價值的新型鎂合金材料，也逐漸受到了關(guān)注。國外在Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為研究方面起步較早，取得了一系列有價值的成果。[國外某研究團隊]通過電化學(xué)測試和微觀結(jié)構(gòu)分析，研究了不同Zn含量對Mg-Zn-Er合金板材在模擬海洋環(huán)境中腐蝕行為的影響，發(fā)現(xiàn)隨著Zn含量的增加，合金的腐蝕電位先正移后負移，當(dāng)Zn含量在一定范圍內(nèi)時，合金表面能形成較為致密的腐蝕產(chǎn)物膜，有效阻礙了腐蝕介質(zhì)的進一步侵蝕，從而提高了合金的耐蝕性；然而，當(dāng)Zn含量過高時，合金中會出現(xiàn)較多的第二相，這些第二相與基體之間形成微電偶腐蝕，反而加速了合金的腐蝕。[另一國外研究小組]則重點研究了Er元素對Mg-Zn-Er合金板材腐蝕性能的影響機制，利用高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和X射線光電子能譜（XPS）等先進技術(shù)手段，觀察到Er的加入能夠細化合金晶粒，同時在合金表面形成富含Er的氧化物保護膜，該保護膜具有良好的穩(wěn)定性和致密性，能夠有效阻擋Cl-等腐蝕性離子的穿透，顯著提高了合金的耐腐蝕性能。此外，國外還開展了關(guān)于Mg-Zn-Er合金板材在不同環(huán)境溫度、濕度以及應(yīng)力作用下的腐蝕行為研究，為合金在復(fù)雜服役環(huán)境下的應(yīng)用提供了重要參考依據(jù)。國內(nèi)對于Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為的研究也在不斷深入，并取得了一定的進展。[國內(nèi)某科研團隊]采用浸泡試驗、動電位極化曲線和交流阻抗譜等方法，系統(tǒng)研究了Mg-Zn-Er合金板材在不同濃度NaCl溶液中的腐蝕行為，結(jié)果表明，隨著NaCl溶液濃度的增加，合金的腐蝕速率逐漸增大，腐蝕形式也由均勻腐蝕逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c蝕；通過掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）對腐蝕產(chǎn)物進行表征，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要由Mg(OH)2、Zn(OH)2和Er2O3等組成，這些腐蝕產(chǎn)物在一定程度上能夠減緩腐蝕的進行，但由于其結(jié)構(gòu)較為疏松，無法完全阻止腐蝕的發(fā)生。[另一國內(nèi)研究小組]則從合金微觀組織與腐蝕性能的關(guān)系角度出發(fā)，研究了不同加工工藝對Mg-Zn-Er合金板材微觀組織和腐蝕行為的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱擠壓和軋制等加工工藝處理后，合金的晶粒得到細化，晶界數(shù)量增加，從而提高了合金的耐蝕性；進一步分析認(rèn)為，加工工藝的改變不僅影響了合金的微觀組織，還改變了合金中第二相的分布和形態(tài)，進而對合金的腐蝕行為產(chǎn)生影響。此外，國內(nèi)學(xué)者還在探索通過表面處理技術(shù)來提高Mg-Zn-Er合金板材的耐蝕性，如采用微弧氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜等方法在合金表面制備防護涂層，取得了較好的效果。盡管國內(nèi)外在Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為研究方面已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處，有待進一步深入研究。目前對于Mg-Zn-Er合金板材在復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕行為研究還不夠全面，尤其是在多種腐蝕因素協(xié)同作用下的腐蝕機理尚不完全清楚；對于合金中Zn、Er元素之間的交互作用及其對合金腐蝕性能的影響研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)的理論分析和實驗驗證；現(xiàn)有的腐蝕防護技術(shù)在提高Mg-Zn-Er合金板材耐蝕性的同時，可能會對合金的其他性能產(chǎn)生一定的影響，如何在保證合金耐蝕性的前提下，兼顧其力學(xué)性能、加工性能等，也是需要進一步解決的問題。針對以上不足，未來的研究可以從以下幾個方向展開：運用多尺度實驗技術(shù)和理論計算方法，深入研究Mg-Zn-Er合金板材在復(fù)雜環(huán)境中的腐蝕機理，揭示多種腐蝕因素協(xié)同作用下的腐蝕過程和微觀機制；通過設(shè)計合理的實驗方案，系統(tǒng)研究Zn、Er元素之間的交互作用對合金微觀組織和腐蝕性能的影響規(guī)律，建立相關(guān)的理論模型，為合金成分優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)；開發(fā)新型、高效、環(huán)保的腐蝕防護技術(shù)，探索將多種防護技術(shù)復(fù)合應(yīng)用的可能性，實現(xiàn)對Mg-Zn-Er合金板材的全方位腐蝕防護，同時深入研究防護技術(shù)對合金其他性能的影響機制，實現(xiàn)合金性能的綜合優(yōu)化。1.3研究內(nèi)容與創(chuàng)新點1.3.1研究內(nèi)容本研究將圍繞Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為展開多方面深入探究，具體內(nèi)容如下：Mg-Zn-Er合金板材微觀組織與腐蝕行為的關(guān)聯(lián)研究：運用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）以及電子背散射衍射（EBSD）等微觀分析技術(shù)，細致觀察不同成分和加工工藝制備的Mg-Zn-Er合金板材的微觀組織特征，包括晶粒尺寸、形狀、取向分布，第二相的種類、數(shù)量、尺寸、分布以及與基體的界面結(jié)合情況等。通過電化學(xué)測試（如動電位極化曲線、交流阻抗譜等）和浸泡腐蝕實驗，系統(tǒng)研究微觀組織對合金板材腐蝕電位、腐蝕電流密度、極化電阻、腐蝕速率以及腐蝕形態(tài)等腐蝕行為參數(shù)的影響規(guī)律。建立微觀組織與腐蝕行為之間的定量關(guān)系模型，深入揭示微觀組織因素（如晶界、第二相）在合金腐蝕過程中的作用機制，例如晶界處的原子排列不規(guī)則性如何影響腐蝕的起始和傳播，第二相作為微電池的電極如何引發(fā)電偶腐蝕等。環(huán)境因素對Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為的影響機制研究：模擬多種實際服役環(huán)境，如不同pH值的酸性、中性和堿性溶液，含不同濃度Cl-、SO42-等腐蝕性離子的溶液，以及不同溫度、濕度條件下的大氣環(huán)境等，研究Mg-Zn-Er合金板材在這些環(huán)境中的腐蝕行為。采用電化學(xué)噪聲測試、線性極化電阻測試等方法實時監(jiān)測合金在不同環(huán)境中的腐蝕過程，結(jié)合X射線光電子能譜（XPS）、俄歇電子能譜（AES）等表面分析技術(shù)，分析腐蝕產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和形成機理，明確環(huán)境因素（如溶液酸堿度、腐蝕性離子濃度、溫度、濕度等）對合金腐蝕熱力學(xué)和動力學(xué)的影響規(guī)律。探究多種環(huán)境因素協(xié)同作用下合金的腐蝕行為，建立環(huán)境因素與腐蝕行為之間的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測合金在復(fù)雜環(huán)境中的腐蝕壽命。Mg-Zn-Er合金板材腐蝕類型及機理研究：綜合運用宏觀腐蝕形貌觀察、微觀組織分析、電化學(xué)測試以及表面和界面分析技術(shù)，全面識別Mg-Zn-Er合金板材在不同環(huán)境下可能發(fā)生的腐蝕類型，如均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等，并詳細分析每種腐蝕類型的特征和發(fā)生條件。深入研究各種腐蝕類型的機理，例如點蝕的形核與生長機制，晶間腐蝕中晶界處的化學(xué)成分偏析和電化學(xué)不均勻性如何導(dǎo)致腐蝕優(yōu)先發(fā)生，應(yīng)力腐蝕開裂過程中應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的交互作用機制等。通過理論分析和實驗驗證，建立完善的Mg-Zn-Er合金板材腐蝕機理模型，為制定有效的腐蝕防護策略提供理論依據(jù)。腐蝕防護策略對Mg-Zn-Er合金板材性能的影響研究：針對Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕問題，選取多種常用的腐蝕防護策略，如表面涂層（有機涂層、無機涂層）、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜（鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜、稀土轉(zhuǎn)化膜等）、陽極氧化處理以及合金化改性等，研究這些防護策略對合金板材耐蝕性能的提升效果。采用鹽霧試驗、濕熱試驗、電化學(xué)測試等方法評估防護后合金的耐腐蝕性能，結(jié)合拉伸試驗、彎曲試驗、硬度測試等力學(xué)性能測試方法，研究防護策略對合金力學(xué)性能的影響，分析防護層與基體之間的結(jié)合強度、防護層的致密性和穩(wěn)定性等因素對合金綜合性能的影響機制。通過對比不同防護策略的優(yōu)缺點，篩選出適合Mg-Zn-Er合金板材的高效、環(huán)保、經(jīng)濟的腐蝕防護方案，并對其進行優(yōu)化和改進。1.3.2創(chuàng)新點本研究在Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為研究方面具有以下創(chuàng)新之處：多尺度微觀組織與腐蝕行為關(guān)聯(lián)研究：首次采用多尺度微觀分析技術(shù)，從宏觀組織到微觀晶體結(jié)構(gòu)，全面系統(tǒng)地研究Mg-Zn-Er合金板材微觀組織與腐蝕行為之間的關(guān)系。不僅關(guān)注傳統(tǒng)的晶粒尺寸、第二相分布等因素，還深入研究晶體取向、晶界特征以及第二相與基體的界面原子結(jié)構(gòu)等微觀尺度因素對腐蝕行為的影響，建立更加全面和精確的微觀組織-腐蝕行為定量關(guān)系模型，為合金成分設(shè)計和加工工藝優(yōu)化提供更深入的理論指導(dǎo)。復(fù)雜環(huán)境下的腐蝕行為研究：綜合考慮多種實際服役環(huán)境因素的協(xié)同作用，開展Mg-Zn-Er合金板材在復(fù)雜環(huán)境中的腐蝕行為研究。通過設(shè)計模擬多種環(huán)境因素耦合的實驗方案，運用先進的原位監(jiān)測技術(shù)和表面分析手段，深入揭示復(fù)雜環(huán)境下合金的腐蝕機理，建立考慮多種環(huán)境因素的腐蝕預(yù)測模型，填補該領(lǐng)域在復(fù)雜環(huán)境腐蝕研究方面的不足，為合金在實際復(fù)雜工況下的應(yīng)用提供更可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支持。腐蝕類型綜合研究與機理模型構(gòu)建：對Mg-Zn-Er合金板材可能發(fā)生的多種腐蝕類型進行全面系統(tǒng)的綜合研究，不僅分別研究每種腐蝕類型的特征和機理，還深入探討不同腐蝕類型之間的相互轉(zhuǎn)化和促進關(guān)系。通過多學(xué)科交叉的研究方法，結(jié)合材料科學(xué)、電化學(xué)、力學(xué)等理論知識，構(gòu)建涵蓋多種腐蝕類型的統(tǒng)一腐蝕機理模型，為全面理解合金的腐蝕行為和制定有效的腐蝕防護策略提供全新的視角和理論框架。腐蝕防護策略的綜合評估與優(yōu)化：在研究多種腐蝕防護策略對Mg-Zn-Er合金板材性能影響時，不僅關(guān)注耐蝕性能的提升，還綜合考慮防護策略對合金力學(xué)性能、加工性能、成本以及環(huán)境友好性等多方面的影響。通過建立綜合評估體系，對不同防護策略進行全面、客觀的評價和比較，篩選出最優(yōu)的防護方案，并通過優(yōu)化防護工藝參數(shù)和復(fù)合防護技術(shù)，實現(xiàn)對合金板材的全方位腐蝕防護和性能綜合優(yōu)化，為合金的實際應(yīng)用提供具有實際工程應(yīng)用價值的腐蝕防護解決方案。二、Mg-Zn-Er合金板材概述2.1合金成分與特性Mg-Zn-Er合金主要由鎂（Mg）、鋅（Zn）和鉺（Er）三種元素組成，各元素的含量配比會對合金的性能產(chǎn)生顯著影響。在Mg-Zn-Er合金中，鎂作為基體，為合金提供了低密度、較高的比強度和比剛度等基本特性。通常，鎂的含量在合金中占據(jù)主導(dǎo)地位，一般可達到90wt.%以上。鋅是一種重要的合金化元素，在Mg-Zn-Er合金中，其含量通常在1wt.%-10wt.%之間。鋅在合金中主要通過固溶強化和時效強化機制來提高合金的強度和硬度。當(dāng)鋅原子固溶到鎂基體中時，由于鋅原子半徑與鎂原子半徑存在差異，會引起晶格畸變，增加位錯運動的阻力，從而提高合金的強度，此為固溶強化。在時效過程中，鋅原子會從過飽和固溶體中析出，形成彌散分布的第二相粒子，這些粒子能夠阻礙位錯的滑移，進一步提高合金的強度和硬度，即時效強化。此外，適量的鋅還可以在一定程度上改善合金的耐蝕性，這是因為鋅的加入可以促進合金表面形成更致密的腐蝕產(chǎn)物膜，從而阻擋腐蝕介質(zhì)與基體的進一步接觸。然而，當(dāng)鋅含量過高時，會導(dǎo)致合金中形成過多的第二相，這些第二相在合金中分布不均勻，容易與基體形成微電偶腐蝕電池，加速合金的腐蝕，同時也會降低合金的塑性和韌性。鉺作為稀土元素，在Mg-Zn-Er合金中的含量一般在0.1wt.%-5wt.%之間。鉺對合金性能的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。一是細化晶粒，鉺原子在合金凝固過程中可以作為異質(zhì)形核核心，增加形核率，抑制晶粒的長大，從而使合金的晶粒得到細化。細晶強化作用不僅可以提高合金的強度和硬度，還能顯著改善合金的韌性和塑性。這是因為細晶粒合金中晶界面積增大，晶界對裂紋的擴展具有阻礙作用，使得裂紋在擴展過程中需要消耗更多的能量，從而提高了合金的韌性。二是提高合金的耐蝕性，鉺能夠促進合金表面形成富含鉺的氧化物保護膜，該保護膜具有良好的穩(wěn)定性和致密性。以在含Cl-的腐蝕介質(zhì)中為例，這種保護膜能夠有效阻擋Cl-等腐蝕性離子的穿透，減緩腐蝕反應(yīng)的進行，從而提高合金的耐腐蝕性能。三是促進合金中形成特殊的相結(jié)構(gòu)，如準(zhǔn)晶相。當(dāng)合金中Zn/Er比例適當(dāng)時，會析出準(zhǔn)晶i相（Mg3Zn6Er1），準(zhǔn)晶相的存在可以改善合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，進一步提高合金的強度、硬度和耐蝕性。例如，準(zhǔn)晶相可以阻礙位錯的運動，提高合金的強度；同時，其特殊的原子排列方式也有助于增強合金表面保護膜的穩(wěn)定性，提高耐蝕性。2.2板材制備工藝Mg-Zn-Er合金板材的制備是一個復(fù)雜且關(guān)鍵的過程，其工藝步驟包括熔煉、鑄造、均勻化處理、軋制等多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都對板材的微觀結(jié)構(gòu)和性能有著重要影響。熔煉與鑄造：在熔煉階段，通常選用純度較高的鎂錠、鋅錠以及Mg-Er中間合金作為原料，按照預(yù)定的成分比例進行配料。為防止熔煉過程中鎂液的氧化和燃燒，需要在保護性氣體（如體積比為19:1的N?和SF?混合氣體）氛圍下進行熔煉。將原料放入清潔的鑄鐵坩堝中，先將裝有純鎂的坩堝放入電阻爐爐膛，在150-300℃預(yù)熱10-20min以除去坩堝中的水分，然后升溫至700-730℃使純鎂完全熔化，待熔體溫度達到720-730℃后，將溫度調(diào)至730-750℃，加入預(yù)熱好的鋅錠，保溫靜置10-15min，再加入預(yù)熱好的Mg-Er中間合金，繼續(xù)保溫靜置10-15min，之后進行攪拌1-3min，以確保合金成分均勻。熔煉過程中，合金元素的充分溶解和均勻分布對板材性能至關(guān)重要。若合金元素溶解不充分，會導(dǎo)致板材成分不均勻，在后續(xù)加工和使用過程中，可能出現(xiàn)局部性能差異，影響板材的整體質(zhì)量。例如，若鋅元素溶解不均勻，會使板材不同部位的固溶強化效果不同，導(dǎo)致強度和硬度分布不均。熔煉完成后進行鑄造，將溫度調(diào)節(jié)至710-730℃，撈出熔液表面的浮渣，然后將熔體澆鑄到預(yù)先準(zhǔn)備好的金屬模具中，在與熔煉相同的保護氣氛下進行澆鑄，待其凝固后自然冷卻得到鑄錠。鑄造過程中，冷卻速度是影響鑄錠微觀組織的關(guān)鍵因素。較快的冷卻速度可以細化晶粒，提高鑄錠的強度和韌性。這是因為快速冷卻時，原子擴散速度減慢，晶核形成后來不及長大，從而使晶粒細化。相反，冷卻速度過慢，會導(dǎo)致晶粒粗大，降低鑄錠的力學(xué)性能。同時，鑄錠的質(zhì)量也會影響后續(xù)的加工性能和板材質(zhì)量，若鑄錠存在氣孔、縮松等缺陷，在軋制過程中可能會引發(fā)裂紋等問題，降低板材的成品率。熔煉完成后進行鑄造，將溫度調(diào)節(jié)至710-730℃，撈出熔液表面的浮渣，然后將熔體澆鑄到預(yù)先準(zhǔn)備好的金屬模具中，在與熔煉相同的保護氣氛下進行澆鑄，待其凝固后自然冷卻得到鑄錠。鑄造過程中，冷卻速度是影響鑄錠微觀組織的關(guān)鍵因素。較快的冷卻速度可以細化晶粒，提高鑄錠的強度和韌性。這是因為快速冷卻時，原子擴散速度減慢，晶核形成后來不及長大，從而使晶粒細化。相反，冷卻速度過慢，會導(dǎo)致晶粒粗大，降低鑄錠的力學(xué)性能。同時，鑄錠的質(zhì)量也會影響后續(xù)的加工性能和板材質(zhì)量，若鑄錠存在氣孔、縮松等缺陷，在軋制過程中可能會引發(fā)裂紋等問題，降低板材的成品率。均勻化處理：鑄錠在進行軋制之前，通常需要進行均勻化處理。這是因為鑄錠在凝固過程中會產(chǎn)生成分偏析，導(dǎo)致內(nèi)部組織和成分不均勻。均勻化處理一般在高溫下進行，將鑄錠加熱到一定溫度（如350-450℃），并保溫一段時間（如10-20h）。在這個過程中，原子通過擴散運動，使合金成分趨于均勻，消除成分偏析。例如，對于Mg-Zn-Er合金鑄錠，均勻化處理可以使Zn、Er等元素在鎂基體中更加均勻地分布，減少局部成分差異。均勻化處理不僅能改善合金的成分均勻性，還能使鑄錠的組織更加穩(wěn)定，提高其塑性，為后續(xù)的軋制加工提供良好的條件。經(jīng)過均勻化處理的鑄錠，在軋制時可以更好地承受變形，減少裂紋等缺陷的產(chǎn)生。軋制：軋制是制備Mg-Zn-Er合金板材的關(guān)鍵工序，通常包括熱軋和冷軋兩個階段。熱軋：熱軋在高于合金再結(jié)晶溫度的溫度范圍內(nèi)進行，一般溫度控制在300-400℃。熱軋過程中，合金發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，能夠細化組織。這是因為在高溫和外力作用下，合金中的位錯大量增殖并相互作用，形成亞晶界，隨著變形的繼續(xù)，亞晶界逐漸演變?yōu)榇蠼嵌染Ы?，從而實現(xiàn)晶粒的細化。同時，熱軋得到的板材孿晶較少，綜合力學(xué)性能較好。在熱軋過程中，軋制溫度、變形量、軋制速度等工藝參數(shù)對板材的微觀結(jié)構(gòu)和性能有顯著影響。若軋制溫度過高，可能導(dǎo)致板材表面嚴(yán)重氧化，損害表面質(zhì)量，還可能發(fā)生二次再結(jié)晶使晶粒長大，降低板材的強度和韌性；若軋制溫度過低，合金塑性差，變形困難，容易出現(xiàn)邊裂和內(nèi)部不均勻變形等問題。變形量的大小也會影響板材的組織和性能，適當(dāng)?shù)淖冃瘟靠梢允咕Я３浞旨毣?，提高板材的強度；但變形量過大，可能導(dǎo)致加工硬化嚴(yán)重，增加后續(xù)加工難度。軋制速度則會影響軋制過程中的熱量傳遞和變形均勻性，速度過快可能導(dǎo)致板材溫度下降過快，變形不均勻，速度過慢則會影響生產(chǎn)效率。冷軋：冷軋一般在室溫下進行，其主要目的是進一步提高板材的尺寸精度和表面質(zhì)量，同時通過加工硬化提高板材的強度。在冷軋過程中，由于位錯的大量增殖和堆積，板材的硬度和強度增加，塑性降低。為了避免板材在冷軋過程中出現(xiàn)裂紋等缺陷，通常需要進行多道次冷軋，并在道次間進行適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚?。退火可以消除加工硬化，恢?fù)板材的塑性，使板材能夠繼續(xù)承受后續(xù)的冷軋變形。冷軋過程中的軋制工藝參數(shù)同樣需要嚴(yán)格控制，如軋制力、軋制速度、道次壓下量等。軋制力過大可能導(dǎo)致板材表面出現(xiàn)劃痕、破裂等缺陷，軋制力過小則無法達到預(yù)期的加工硬化效果。道次壓下量的選擇要綜合考慮板材的塑性和加工硬化程度，過大的道次壓下量可能使板材因變形過大而產(chǎn)生裂紋，過小的道次壓下量則會增加軋制道次，降低生產(chǎn)效率。三、Mg-Zn-Er合金板材腐蝕行為研究實驗設(shè)計3.1實驗材料準(zhǔn)備本實驗選用的Mg-Zn-Er合金板材由[具體生產(chǎn)廠家]提供，該廠家在鎂合金材料生產(chǎn)領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗和先進的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)的Mg-Zn-Er合金板材質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠。板材的名義成分為Mg-3Zn-1Er（wt.%），尺寸規(guī)格為長200mm×寬100mm×厚3mm。這種成分的合金在前期研究中表現(xiàn)出較好的綜合性能，具有一定的研究價值。在對合金板材進行實驗之前，需要對其進行一系列預(yù)處理操作，以確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。首先是切割，根據(jù)實驗需求，使用線切割機床將合金板材切割成尺寸為20mm×20mm×3mm的小塊試樣。在切割過程中，線切割機床的參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要，如切割速度、放電電流等，需嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程進行設(shè)置，以保證切割表面的平整度和精度，避免因切割不當(dāng)導(dǎo)致試樣表面產(chǎn)生裂紋、燒傷等缺陷，影響后續(xù)實驗結(jié)果。例如，切割速度過快可能會使切割表面溫度過高，導(dǎo)致材料組織發(fā)生變化；放電電流過大則可能造成切割表面粗糙，增加后續(xù)打磨的難度。切割完成后進行打磨，采用不同粒度的砂紙對試樣表面進行打磨，依次使用80#、180#、320#、600#、800#和1200#砂紙。打磨過程中，需注意保持打磨方向的一致性，施加的壓力要均勻適中，以確保試樣表面平整光滑，去除切割過程中產(chǎn)生的表面損傷層。每更換一次砂紙，都要將試樣清洗干凈，避免前一道砂紙留下的磨屑對后續(xù)打磨造成影響。例如，若80#砂紙留下的粗顆粒磨屑未清洗干凈，在使用180#砂紙打磨時，這些粗顆?？赡軙度朐嚇颖砻?，導(dǎo)致表面出現(xiàn)劃痕，影響表面質(zhì)量。打磨的目的是為了消除試樣表面的加工痕跡和氧化膜，使試樣表面狀態(tài)一致，為后續(xù)的腐蝕實驗提供良好的表面條件。打磨完成后進行清洗，將打磨后的試樣依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗10min。丙酮具有良好的溶解性，能夠有效去除試樣表面的油污和有機物；無水乙醇可以進一步清洗掉試樣表面殘留的丙酮和其他雜質(zhì)；去離子水則用于沖洗掉試樣表面殘留的乙醇和微小顆粒雜質(zhì)。超聲清洗的作用是利用超聲波的空化效應(yīng)，增強清洗效果，使清洗更加徹底。清洗后的試樣用吹風(fēng)機冷風(fēng)吹干，然后放置在干燥器中備用，防止試樣在保存過程中再次被污染或發(fā)生氧化。3.2腐蝕測試方法失重法：失重法是一種經(jīng)典且常用的測定金屬腐蝕速率的方法，它通過精確測量金屬試樣在腐蝕前后的質(zhì)量變化，來計算腐蝕速率，具有結(jié)果直觀、可靠性高的優(yōu)點。在本實驗中，將預(yù)處理后的Mg-Zn-Er合金板材試樣用精度為0.1mg的分析天平準(zhǔn)確稱重，記錄初始質(zhì)量m?。隨后，將試樣完全浸沒于盛有500mL3.5%NaCl溶液的玻璃燒杯中，溶液溫度控制在25±1℃，以模擬海洋環(huán)境中的腐蝕情況。NaCl溶液作為一種常見的腐蝕介質(zhì)，其中的Cl?具有很強的腐蝕性，能夠加速合金的腐蝕過程，使實驗結(jié)果在較短時間內(nèi)得以顯現(xiàn)。為了保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，每個實驗條件下設(shè)置3個平行試樣。在浸泡過程中，定期（每隔24h）取出試樣，先用去離子水沖洗表面殘留的腐蝕介質(zhì)，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl溶液清洗，以去除表面疏松的腐蝕產(chǎn)物。這是因為HCl溶液能夠與腐蝕產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其溶解去除，而對合金基體的影響較小。接著，用無水乙醇沖洗試樣，以去除表面殘留的水分和HCl，防止殘留物質(zhì)對后續(xù)稱重產(chǎn)生干擾。最后，用吹風(fēng)機冷風(fēng)吹干，再次用分析天平稱重，記錄質(zhì)量m?。根據(jù)公式v=\frac{m?-m?}{St}計算腐蝕速率，其中v為腐蝕速率（g/(m2?h)），S為試樣暴露在腐蝕環(huán)境中的表面積（m2），t為腐蝕時間（h）。通過計算不同浸泡時間下的腐蝕速率，可以繪制出腐蝕速率隨時間的變化曲線，從而直觀地了解合金板材在該腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為隨時間的演變規(guī)律。析氫法：析氫法是基于鎂合金在腐蝕過程中會發(fā)生析氫反應(yīng)這一原理來測定腐蝕速率的方法，它能夠?qū)崟r監(jiān)測腐蝕過程中的析氫量，從而反映出腐蝕反應(yīng)的劇烈程度。在本實驗中，采用排水集氣法收集和測量析氫量。實驗裝置主要由反應(yīng)容器、集氣瓶、導(dǎo)氣管和水準(zhǔn)瓶等組成。將預(yù)處理后的Mg-Zn-Er合金板材試樣放入裝有500mL3.5%NaCl溶液的反應(yīng)容器中，反應(yīng)容器與集氣瓶通過導(dǎo)氣管相連，集氣瓶中預(yù)先裝滿水，水準(zhǔn)瓶用于調(diào)節(jié)集氣瓶內(nèi)的水壓，確保測量的準(zhǔn)確性。在實驗過程中，由于鎂合金與NaCl溶液發(fā)生腐蝕反應(yīng)，會產(chǎn)生氫氣，氫氣通過導(dǎo)氣管進入集氣瓶，將集氣瓶中的水排出。每隔一定時間（如1h），記錄集氣瓶中排出水的體積V，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程n=\frac{PV}{RT}（其中n為氫氣的物質(zhì)的量，P為大氣壓強，V為氫氣的體積，R為氣體常數(shù)，T為絕對溫度），計算出氫氣的物質(zhì)的量。由于鎂合金腐蝕產(chǎn)生氫氣的化學(xué)反應(yīng)方程式為Mg+2H?O\longrightarrowMg(OH)?+H?↑，根據(jù)化學(xué)計量關(guān)系，1mol鎂腐蝕會產(chǎn)生1mol氫氣，從而可以根據(jù)氫氣的物質(zhì)的量計算出參與反應(yīng)的鎂的質(zhì)量，進而計算出腐蝕速率。通過連續(xù)監(jiān)測析氫量隨時間的變化，可以得到析氫速率隨時間的曲線，該曲線能夠直觀地反映出合金板材在腐蝕過程中的動態(tài)變化情況，有助于深入研究腐蝕反應(yīng)的動力學(xué)過程。電化學(xué)測試法：電化學(xué)測試法是研究金屬腐蝕行為的重要手段之一，它能夠快速、準(zhǔn)確地獲取金屬在腐蝕過程中的電化學(xué)參數(shù)，為深入理解腐蝕機理提供重要依據(jù)。在本實驗中，采用電化學(xué)工作站進行測試，實驗采用三電極體系，其中Mg-Zn-Er合金板材試樣作為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極，鉑片作為對電極。在進行測試之前，將預(yù)處理后的工作電極用環(huán)氧樹脂封裝，只露出1cm2的測試面積，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。封裝后的工作電極需要在空氣中放置一段時間，使環(huán)氧樹脂充分固化。開路電位-時間曲線（OCP-t）測試：將三電極體系放入裝有3.5%NaCl溶液的電解池中，在開路狀態(tài)下，測量工作電極的電位隨時間的變化，測試時間為1h，記錄開路電位隨時間的變化曲線。開路電位是金屬在腐蝕介質(zhì)中未施加外加電流時的電極電位，它反映了金屬在該介質(zhì)中的熱力學(xué)穩(wěn)定性。通過分析開路電位-時間曲線，可以了解合金板材在腐蝕初期的電位變化情況，判斷腐蝕反應(yīng)的起始階段和發(fā)展趨勢。例如，如果開路電位在短時間內(nèi)迅速負移，說明合金板材在該介質(zhì)中容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)，且腐蝕反應(yīng)的速率較快。動電位極化曲線測試：在開路電位穩(wěn)定后，以0.001V/s的掃描速率從-2.0V（相對于SCE）掃描至-1.0V，記錄極化曲線。動電位極化曲線能夠反映出金屬在腐蝕過程中的陽極溶解和陰極還原過程，通過對極化曲線的分析，可以得到腐蝕電位Ecorr、腐蝕電流密度Icorr等重要參數(shù)。腐蝕電位是極化曲線上陽極極化曲線和陰極極化曲線的交點所對應(yīng)的電位，它表示金屬在該腐蝕體系中處于熱力學(xué)平衡時的電位；腐蝕電流密度則是交點所對應(yīng)的電流密度，它反映了金屬的腐蝕速率，腐蝕電流密度越大，說明金屬的腐蝕速率越快。通過比較不同合金板材的腐蝕電位和腐蝕電流密度，可以評估它們的耐腐蝕性能。交流阻抗譜（EIS）測試：在開路電位下，施加幅值為10mV的正弦交流信號，頻率范圍為10?Hz至10?2Hz，記錄交流阻抗譜。交流阻抗譜是一種基于電化學(xué)阻抗原理的測試方法，它能夠反映出金屬腐蝕過程中電極表面的電荷轉(zhuǎn)移、離子擴散等過程。通過對交流阻抗譜的分析，可以得到極化電阻Rp、雙電層電容Cdl等參數(shù)。極化電阻是反映金屬腐蝕阻力的重要參數(shù)，極化電阻越大，說明金屬的腐蝕阻力越大，耐腐蝕性能越好；雙電層電容則與電極表面的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過分析雙電層電容的變化，可以了解電極表面的腐蝕產(chǎn)物膜的形成和生長情況。通常采用等效電路模型對交流阻抗譜進行擬合分析，以獲得更準(zhǔn)確的電化學(xué)參數(shù)。3.3微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)掃描電子顯微鏡（SEM）：掃描電子顯微鏡是研究Mg-Zn-Er合金板材微觀結(jié)構(gòu)和腐蝕產(chǎn)物的重要工具之一。其工作原理基于電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)高能電子束聚焦并掃描到合金板材試樣表面時，會與試樣中的原子發(fā)生一系列相互作用，產(chǎn)生多種信號，其中二次電子和背散射電子是用于成像和分析的主要信號。二次電子是由試樣表面被入射電子激發(fā)出來的低能量電子，其產(chǎn)額與試樣表面的形貌密切相關(guān)。由于二次電子對試樣表面的起伏非常敏感，在試樣表面凸起或邊緣等部位，二次電子的發(fā)射量較多，在成像時顯示為較亮的區(qū)域；而在凹陷或平坦部位，二次電子發(fā)射量較少，成像較暗。因此，通過檢測二次電子的信號強度并將其轉(zhuǎn)化為圖像，能夠清晰地呈現(xiàn)出合金板材的表面形貌，如晶粒的形狀、大小和分布，第二相粒子的形態(tài)和位置等。例如，在觀察Mg-Zn-Er合金板材的微觀結(jié)構(gòu)時，可以清晰地看到鎂基體中分布著的細小第二相粒子，通過SEM圖像能夠準(zhǔn)確測量其尺寸和間距。背散射電子是被試樣原子反射回來的入射電子，其能量較高。背散射電子的產(chǎn)額與試樣中原子的原子序數(shù)有關(guān)，原子序數(shù)越大，背散射電子的產(chǎn)額越高。利用這一特性，可以通過背散射電子成像來分析合金板材中不同元素的分布情況。在Mg-Zn-Er合金中，Zn和Er元素的原子序數(shù)與Mg不同，通過背散射電子成像能夠區(qū)分出富含Zn和Er的區(qū)域，從而了解合金元素在基體中的分布狀態(tài)。此外，SEM還可以與能譜儀（EDS）聯(lián)用，實現(xiàn)對合金板材微區(qū)成分的分析。當(dāng)電子束照射到試樣表面時，會激發(fā)試樣中元素的特征X射線，EDS通過檢測這些特征X射線的能量和強度，能夠確定微區(qū)內(nèi)存在的元素種類及其相對含量。在分析Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕產(chǎn)物時，利用SEM-EDS可以確定腐蝕產(chǎn)物中Mg、Zn、Er等元素的組成，為研究腐蝕機理提供重要依據(jù)。在對Mg-Zn-Er合金板材進行SEM分析時，樣品制備過程較為關(guān)鍵。首先，將切割好的合金板材試樣用砂紙進行打磨，從粗砂紙到細砂紙依次打磨，以去除表面的加工痕跡和氧化層，使表面平整光滑。然后，對打磨后的試樣進行拋光處理，通常采用機械拋光或電解拋光的方法，進一步提高表面光潔度。對于觀察腐蝕產(chǎn)物的試樣，在腐蝕實驗后，需小心處理，避免腐蝕產(chǎn)物的脫落。處理后的試樣直接放入SEM樣品室中進行觀察和分析。在操作SEM時，需要根據(jù)試樣的特性和分析目的，合理設(shè)置加速電壓、工作距離、掃描速度等參數(shù)。較低的加速電壓適用于觀察試樣表面的細節(jié)，而較高的加速電壓則有利于獲取更深入的信息。工作距離的選擇會影響圖像的分辨率和景深，掃描速度則會影響成像的時間和質(zhì)量。通過對這些參數(shù)的優(yōu)化，可以獲得高質(zhì)量的SEM圖像和準(zhǔn)確的分析結(jié)果。在對Mg-Zn-Er合金板材進行SEM分析時，樣品制備過程較為關(guān)鍵。首先，將切割好的合金板材試樣用砂紙進行打磨，從粗砂紙到細砂紙依次打磨，以去除表面的加工痕跡和氧化層，使表面平整光滑。然后，對打磨后的試樣進行拋光處理，通常采用機械拋光或電解拋光的方法，進一步提高表面光潔度。對于觀察腐蝕產(chǎn)物的試樣，在腐蝕實驗后，需小心處理，避免腐蝕產(chǎn)物的脫落。處理后的試樣直接放入SEM樣品室中進行觀察和分析。在操作SEM時，需要根據(jù)試樣的特性和分析目的，合理設(shè)置加速電壓、工作距離、掃描速度等參數(shù)。較低的加速電壓適用于觀察試樣表面的細節(jié)，而較高的加速電壓則有利于獲取更深入的信息。工作距離的選擇會影響圖像的分辨率和景深，掃描速度則會影響成像的時間和質(zhì)量。通過對這些參數(shù)的優(yōu)化，可以獲得高質(zhì)量的SEM圖像和準(zhǔn)確的分析結(jié)果。X射線衍射儀（XRD）：X射線衍射儀是基于布拉格定律來分析合金板材微觀結(jié)構(gòu)和物相組成的儀器。當(dāng)一束單色X射線照射到晶體結(jié)構(gòu)的合金板材試樣上時，X射線會與晶體中的原子相互作用，發(fā)生衍射現(xiàn)象。布拉格定律表達式為2d\sin\theta=n\lambda，其中d為晶面間距，\theta為衍射角，n為衍射級數(shù)，\lambda為X射線波長。不同的晶體結(jié)構(gòu)具有特定的晶面間距，當(dāng)滿足布拉格定律時，會在特定的衍射角位置產(chǎn)生衍射峰。通過測量衍射峰的位置和強度，就可以確定合金板材中存在的物相及其晶體結(jié)構(gòu)。在Mg-Zn-Er合金板材中，可能存在鎂基體相、含Zn和Er的第二相以及腐蝕產(chǎn)物相。通過XRD分析，可以準(zhǔn)確識別這些相的種類。例如，對于Mg-Zn-Er合金中的準(zhǔn)晶相Mg3Zn6Er1，其具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)和衍射峰特征，通過XRD圖譜可以清晰地分辨出來。XRD不僅可以用于物相鑒定，還可以通過衍射峰的強度來計算各物相的相對含量。根據(jù)衍射強度與物相含量之間的關(guān)系，利用相關(guān)的定量分析方法，如內(nèi)標(biāo)法、無標(biāo)樣法等，可以準(zhǔn)確測定合金板材中不同物相的含量。此外，XRD還可以用于測定合金的晶格參數(shù)，通過精確測量衍射峰的位置，結(jié)合相關(guān)公式計算出晶格參數(shù)，從而了解合金晶體結(jié)構(gòu)的變化情況。在研究Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕過程中，XRD可以用于分析腐蝕產(chǎn)物的物相組成，確定腐蝕產(chǎn)物的種類和結(jié)構(gòu)，為揭示腐蝕機理提供重要線索。進行XRD分析時，樣品制備相對簡單。通常將合金板材試樣切割成合適的尺寸，然后將其表面打磨平整，以保證X射線能夠均勻地照射到試樣表面。將制備好的試樣放入XRD樣品臺上，調(diào)整好樣品的位置和角度。在測試過程中，需要選擇合適的X射線源、管電壓、管電流等參數(shù)。不同的X射線源具有不同的波長，應(yīng)根據(jù)分析目的選擇合適的波長。管電壓和管電流會影響X射線的強度和穿透能力，需根據(jù)試樣的性質(zhì)和分析要求進行合理設(shè)置。測試完成后，對采集到的XRD圖譜進行分析，通過與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比，確定物相組成，并利用相關(guān)軟件進行定量分析和晶格參數(shù)計算。進行XRD分析時，樣品制備相對簡單。通常將合金板材試樣切割成合適的尺寸，然后將其表面打磨平整，以保證X射線能夠均勻地照射到試樣表面。將制備好的試樣放入XRD樣品臺上，調(diào)整好樣品的位置和角度。在測試過程中，需要選擇合適的X射線源、管電壓、管電流等參數(shù)。不同的X射線源具有不同的波長，應(yīng)根據(jù)分析目的選擇合適的波長。管電壓和管電流會影響X射線的強度和穿透能力，需根據(jù)試樣的性質(zhì)和分析要求進行合理設(shè)置。測試完成后，對采集到的XRD圖譜進行分析，通過與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比，確定物相組成，并利用相關(guān)軟件進行定量分析和晶格參數(shù)計算。透射電子顯微鏡（TEM）：透射電子顯微鏡主要用于研究合金板材的微觀組織結(jié)構(gòu)和晶體缺陷，其原理基于電子束透過薄試樣時與試樣中的原子相互作用產(chǎn)生的散射和衍射現(xiàn)象。當(dāng)高能電子束穿透厚度小于100nm的Mg-Zn-Er合金板材薄膜試樣時，電子會與試樣中的原子發(fā)生彈性散射和非彈性散射。彈性散射電子的方向和強度變化較小，而非彈性散射電子則會損失一部分能量，其方向和強度變化較大。通過對透過試樣的電子進行成像和分析，可以獲得合金板材的微觀組織結(jié)構(gòu)信息。TEM具有極高的分辨率，能夠觀察到合金板材中的原子排列、位錯、晶界等微觀結(jié)構(gòu)細節(jié)。在研究Mg-Zn-Er合金板材時，可以清晰地觀察到鎂基體中的位錯分布情況，以及第二相與基體之間的界面結(jié)構(gòu)。例如，通過高分辨率TEM圖像，可以觀察到第二相粒子與鎂基體之間的晶格匹配關(guān)系和界面位錯的存在，從而深入了解第二相對合金性能的影響機制。此外，TEM還可以進行選區(qū)電子衍射（SAED）分析，通過選擇特定區(qū)域的電子束進行衍射，獲得該區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)信息。在分析Mg-Zn-Er合金板材的微觀結(jié)構(gòu)時，SAED可以確定第二相的晶體結(jié)構(gòu)和取向，以及與基體之間的晶體學(xué)關(guān)系。這對于研究合金的凝固過程、熱處理過程以及腐蝕過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變具有重要意義。TEM樣品制備過程較為復(fù)雜，需要制備出厚度小于100nm的薄膜試樣。通常采用雙噴電解減薄或離子束減薄的方法來制備樣品。雙噴電解減薄是將合金板材試樣制成薄片后，在電解液中進行電解腐蝕，通過控制電解液的成分、溫度、電流密度等參數(shù)，使試樣中心部位逐漸減薄，直至穿孔，從而獲得適合TEM觀察的薄膜區(qū)域。離子束減薄則是利用高能離子束對試樣表面進行濺射，去除表面的材料，實現(xiàn)試樣的減薄。制備好的薄膜試樣放入TEM樣品桿中，插入TEM樣品室進行觀察和分析。在操作TEM時，需要調(diào)整加速電壓、物鏡光闌、選區(qū)光闌等參數(shù)，以獲得高質(zhì)量的圖像和準(zhǔn)確的衍射結(jié)果。加速電壓決定了電子束的能量，影響著電子的穿透能力和分辨率；物鏡光闌和選區(qū)光闌用于選擇成像和衍射的區(qū)域，控制電子束的通過范圍。TEM樣品制備過程較為復(fù)雜，需要制備出厚度小于100nm的薄膜試樣。通常采用雙噴電解減薄或離子束減薄的方法來制備樣品。雙噴電解減薄是將合金板材試樣制成薄片后，在電解液中進行電解腐蝕，通過控制電解液的成分、溫度、電流密度等參數(shù)，使試樣中心部位逐漸減薄，直至穿孔，從而獲得適合TEM觀察的薄膜區(qū)域。離子束減薄則是利用高能離子束對試樣表面進行濺射，去除表面的材料，實現(xiàn)試樣的減薄。制備好的薄膜試樣放入TEM樣品桿中，插入TEM樣品室進行觀察和分析。在操作TEM時，需要調(diào)整加速電壓、物鏡光闌、選區(qū)光闌等參數(shù)，以獲得高質(zhì)量的圖像和準(zhǔn)確的衍射結(jié)果。加速電壓決定了電子束的能量，影響著電子的穿透能力和分辨率；物鏡光闌和選區(qū)光闌用于選擇成像和衍射的區(qū)域，控制電子束的通過范圍。四、Mg-Zn-Er合金板材常見腐蝕類型4.1均勻腐蝕均勻腐蝕是Mg-Zn-Er合金板材最常見的腐蝕類型之一，其宏觀形貌表現(xiàn)為合金板材表面整體較為均勻地被腐蝕，顏色變暗，失去原有的金屬光澤，表面通常會覆蓋一層腐蝕產(chǎn)物。在圖1所示的宏觀形貌圖片中，可以清晰地看到Mg-Zn-Er合金板材經(jīng)過一段時間的腐蝕后，表面呈現(xiàn)出均勻的灰暗色，沒有明顯的局部腐蝕特征。從微觀角度來看，均勻腐蝕的微觀形貌如圖2所示，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，可以發(fā)現(xiàn)合金表面存在大量細小的腐蝕坑，這些腐蝕坑分布較為均勻，大小和深度相對較為一致。在微觀尺度下，合金的晶界和晶粒內(nèi)部都受到了腐蝕的作用，腐蝕產(chǎn)物在晶界和晶粒表面均勻分布。均勻腐蝕的發(fā)生需要滿足一定的條件。首先，腐蝕介質(zhì)需要能夠與合金表面充分接觸，并且具有一定的腐蝕性。例如，在含有Cl?的溶液中，Cl?能夠破壞合金表面的氧化膜，使合金基體直接暴露在腐蝕介質(zhì)中，從而引發(fā)均勻腐蝕。其次，合金本身的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)也對均勻腐蝕有重要影響。如果合金成分不均勻，存在元素偏析，或者微觀結(jié)構(gòu)中存在較多的缺陷，如位錯、空位等，都會降低合金的耐腐蝕性能，促進均勻腐蝕的發(fā)生。以Mg-Zn-Er合金為例，若Zn和Er元素在合金中分布不均勻，會導(dǎo)致合金表面不同區(qū)域的電化學(xué)活性存在差異，形成局部微電池，加速腐蝕的進行。其機制主要涉及電化學(xué)腐蝕過程。在腐蝕過程中，Mg-Zn-Er合金作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Mg\longrightarrowMg^{2+}+2e^-，釋放出電子。溶液中的溶解氧或其他氧化性物質(zhì)在陰極獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，如在中性或弱酸性溶液中，陰極反應(yīng)式為O?+2H?O+4e^-\longrightarrow4OH^-。隨著腐蝕的進行，陽極產(chǎn)生的Mg^{2+}與陰極產(chǎn)生的OH^-結(jié)合，生成氫氧化鎂沉淀，即Mg^{2+}+2OH^-\longrightarrowMg(OH)?↓，這些氫氧化鎂沉淀在合金表面逐漸堆積，形成腐蝕產(chǎn)物膜。然而，由于Mg-Zn-Er合金的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低，化學(xué)性質(zhì)活潑，其表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜往往不夠致密，無法有效阻擋腐蝕介質(zhì)的進一步侵蝕，導(dǎo)致腐蝕持續(xù)進行，最終呈現(xiàn)出均勻腐蝕的宏觀和微觀形貌。4.2點腐蝕點腐蝕是Mg-Zn-Er合金板材在特定環(huán)境下容易發(fā)生的一種局部腐蝕類型，其形貌特征具有明顯的特殊性。從宏觀角度來看，點腐蝕表現(xiàn)為合金板材表面出現(xiàn)許多分散的、尺寸不一的小坑，這些小坑的直徑通常在幾微米到幾百微米之間。在圖3所示的宏觀形貌圖中，可以清晰地觀察到Mg-Zn-Er合金板材表面分布著大量的小坑，這些小坑的分布沒有明顯的規(guī)律性，隨機地出現(xiàn)在板材表面。從微觀角度分析，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，點蝕坑呈現(xiàn)出典型的蝶形、橢圓或楔形。蝶形點蝕坑的形狀類似于蝴蝶的翅膀，兩端較寬，中間較窄；橢圓形點蝕坑則較為規(guī)則，長軸和短軸的比例相對穩(wěn)定；楔形點蝕坑的一側(cè)較深，另一側(cè)較淺，呈楔形形狀。在圖4的SEM微觀形貌圖中，可以看到清晰的蝶形點蝕坑，坑內(nèi)表面粗糙，存在一些腐蝕產(chǎn)物堆積。此外，點蝕坑的底部通常會有一些腐蝕產(chǎn)物覆蓋，這些腐蝕產(chǎn)物主要由Mg(OH)?、Zn(OH)?以及一些含Er的化合物組成，通過能譜分析（EDS）可以確定其成分。點腐蝕的形成原因較為復(fù)雜，涉及多個方面的因素。鈍化膜局部破壞是點腐蝕形成的重要原因之一。在Mg-Zn-Er合金板材表面，通常會形成一層自然氧化膜，這層氧化膜在一定程度上能夠保護合金基體免受腐蝕介質(zhì)的侵蝕。然而，當(dāng)合金處于含有Cl?等腐蝕性離子的環(huán)境中時，Cl?具有很強的活性和穿透能力，它能夠優(yōu)先吸附在氧化膜表面的薄弱點或缺陷處。Cl?與氧化膜中的金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成可溶性的金屬氯化物，從而破壞氧化膜的完整性。例如，Cl?與氧化膜中的Mg2?反應(yīng)，生成MgCl?，MgCl?易溶于水，會導(dǎo)致氧化膜局部出現(xiàn)破損，使合金基體暴露在腐蝕介質(zhì)中，為點腐蝕的發(fā)生提供了條件。合金微觀結(jié)構(gòu)不均勻也是點腐蝕形成的關(guān)鍵因素。Mg-Zn-Er合金中存在著不同的相，如鎂基體相、含Zn和Er的第二相以及可能存在的雜質(zhì)相。這些相之間的電化學(xué)性質(zhì)存在差異，在腐蝕介質(zhì)中會形成微電偶腐蝕電池。第二相通常具有較高的陰極活性，而鎂基體則作為陽極。在微電偶腐蝕電池的作用下，陽極區(qū)域（鎂基體）的金屬原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，逐漸溶解，從而形成點蝕坑。例如，當(dāng)合金中存在富含Zn的第二相時，由于Zn的電極電位相對較高，與鎂基體之間形成電位差，使得鎂基體在微電偶腐蝕中成為陽極而被腐蝕，優(yōu)先在第二相周圍形成點蝕坑。此外，合金中的晶界也是微觀結(jié)構(gòu)不均勻的體現(xiàn)，晶界處原子排列不規(guī)則，能量較高，容易吸附雜質(zhì)原子，導(dǎo)致晶界處的電化學(xué)活性與晶粒內(nèi)部不同，從而在晶界處引發(fā)點腐蝕。點腐蝕的形成過程可以分為點蝕核的形成和點蝕坑的生長兩個階段。在點蝕核形成階段，由于鈍化膜局部破壞或微觀結(jié)構(gòu)不均勻等原因，在合金表面形成了一些微小的活性點。這些活性點成為點蝕核的初始位置，在腐蝕介質(zhì)的作用下，活性點處的金屬開始發(fā)生溶解。隨著溶解的進行，活性點逐漸發(fā)展成為微小的蝕坑，即點蝕核。在點蝕坑生長階段，點蝕核一旦形成，便會在自身的閉塞電池作用下加速生長。點蝕坑內(nèi)由于金屬溶解產(chǎn)生大量的金屬離子，如Mg2?、Zn2?等，使得坑內(nèi)溶液中的陽離子濃度升高。為了保持電中性，Cl?等陰離子會不斷向坑內(nèi)遷移，導(dǎo)致坑內(nèi)溶液的酸性增強。酸性環(huán)境又進一步加速了金屬的溶解，使得點蝕坑不斷加深和擴大。同時，點蝕坑的生長還會受到腐蝕產(chǎn)物的影響，腐蝕產(chǎn)物在坑內(nèi)堆積，會阻礙坑內(nèi)溶液與外部溶液的交換，進一步加劇了坑內(nèi)的腐蝕環(huán)境，促進點蝕坑的生長。4.3晶間腐蝕晶間腐蝕是一種沿著金屬晶粒邊界發(fā)生的局部腐蝕現(xiàn)象，它對Mg-Zn-Er合金板材的性能有著顯著的影響。在晶間腐蝕過程中，合金的晶粒邊界優(yōu)先被腐蝕，導(dǎo)致晶粒之間的結(jié)合力下降。從宏觀上看，經(jīng)過晶間腐蝕的Mg-Zn-Er合金板材，其表面可能看起來仍然相對完整，沒有明顯的腐蝕跡象，但實際上內(nèi)部的晶界已經(jīng)受到嚴(yán)重侵蝕。當(dāng)對其進行力學(xué)性能測試時，會發(fā)現(xiàn)其強度和韌性大幅降低，例如在進行拉伸試驗時，合金板材可能在遠低于正常強度的載荷下就發(fā)生斷裂；在受到?jīng)_擊時，容易發(fā)生破碎，呈現(xiàn)出類似脆性材料的破壞特征。晶間腐蝕的發(fā)生與合金晶界處的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分密切相關(guān)。晶界是晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷區(qū)域，原子排列不規(guī)則，能量較高，處于相對不穩(wěn)定的狀態(tài)。在Mg-Zn-Er合金中，晶界處的原子排列方式與晶粒內(nèi)部不同，這種結(jié)構(gòu)差異使得晶界處的原子具有更高的活性，更容易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時，晶界處還存在著大量的位錯、空位等缺陷，這些缺陷為腐蝕介質(zhì)的擴散提供了通道，加速了腐蝕的進行。晶界處的元素偏析是導(dǎo)致晶間腐蝕的重要原因之一。在合金凝固和加工過程中，由于元素的擴散速率不同，會導(dǎo)致某些元素在晶界處富集或貧化。在Mg-Zn-Er合金中，Zn和Er元素可能會在晶界處發(fā)生偏析。當(dāng)Zn元素在晶界處富集時，會改變晶界處的電化學(xué)性質(zhì)，使其與晶粒內(nèi)部形成電位差。在腐蝕介質(zhì)中，這種電位差會導(dǎo)致微電偶腐蝕的發(fā)生，晶界處作為陽極優(yōu)先被腐蝕。同樣，若Er元素在晶界處偏析，也可能影響晶界的腐蝕行為。例如，當(dāng)Er元素在晶界處貧化時，晶界處形成致密保護膜的能力下降，從而降低了晶界的耐腐蝕性能。第二相在晶界處的析出也是引發(fā)晶間腐蝕的關(guān)鍵因素。在Mg-Zn-Er合金中，隨著合金成分和加工工藝的不同，會在晶界處析出各種第二相，如Mg-Zn相、Mg-Er相以及含Zn和Er的復(fù)雜相。這些第二相與基體之間的電化學(xué)性質(zhì)存在差異，在腐蝕介質(zhì)中會形成微電偶腐蝕電池。當(dāng)?shù)诙嗟碾娢桓哂诨w時，第二相作為陰極，基體作為陽極，陽極區(qū)域（即晶界附近的基體）會發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕。例如，若在晶界處析出的Mg-Zn相具有較高的陰極活性，會加速晶界處鎂基體的腐蝕，導(dǎo)致晶間腐蝕的發(fā)生。此外，第二相的存在還可能破壞晶界處的連續(xù)性，使腐蝕介質(zhì)更容易沿著晶界滲透，進一步加劇晶間腐蝕。4.4應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕是一種在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，對Mg-Zn-Er合金板材的性能和使用壽命構(gòu)成嚴(yán)重威脅。當(dāng)Mg-Zn-Er合金板材受到拉伸應(yīng)力時，其內(nèi)部晶格會發(fā)生畸變，導(dǎo)致原子間的鍵能降低，使得合金的化學(xué)活性增加。此時，若合金處于特定的腐蝕介質(zhì)中，如含有Cl?的溶液，腐蝕介質(zhì)中的離子會與合金表面的原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物。同時，拉應(yīng)力會促使腐蝕產(chǎn)物膜破裂，暴露出新鮮的合金表面，進一步加速腐蝕的進行。在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的持續(xù)作用下，合金內(nèi)部會逐漸形成微裂紋，這些微裂紋不斷擴展、連接，最終導(dǎo)致合金發(fā)生脆性斷裂。合金成分對Mg-Zn-Er合金板材應(yīng)力腐蝕敏感性有著顯著影響。Zn元素的含量變化會改變合金的組織結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，從而影響應(yīng)力腐蝕敏感性。當(dāng)Zn含量較低時，合金中形成的第二相較少，合金的強度相對較低，但此時合金的應(yīng)力腐蝕敏感性也較低。這是因為較少的第二相減少了微電偶腐蝕的發(fā)生位點，降低了局部腐蝕的可能性。隨著Zn含量的增加，合金中形成了更多的第二相，如Mg-Zn相，這些第二相的存在提高了合金的強度，但也增加了微電偶腐蝕的傾向。在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的作用下，微電偶腐蝕會加速裂紋的萌生和擴展，從而提高合金的應(yīng)力腐蝕敏感性。例如，當(dāng)Zn含量超過一定值時，合金的應(yīng)力腐蝕敏感性會顯著增加，在相同的應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)條件下，更容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。Er元素對Mg-Zn-Er合金板材應(yīng)力腐蝕性能的影響也較為復(fù)雜。適量的Er元素可以細化合金晶粒，提高合金的強度和韌性，同時還能促進合金表面形成致密的氧化膜，從而降低合金的應(yīng)力腐蝕敏感性。細化的晶粒增加了晶界的數(shù)量，使得裂紋在擴展過程中需要消耗更多的能量，從而阻礙了裂紋的擴展。致密的氧化膜則可以有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵入，減少腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。然而，當(dāng)Er元素含量過高時，可能會導(dǎo)致合金中形成過多的脆性相，這些脆性相在拉應(yīng)力作用下容易發(fā)生破裂，為裂紋的擴展提供通道，反而增加了合金的應(yīng)力腐蝕敏感性。應(yīng)力狀態(tài)也是影響Mg-Zn-Er合金板材應(yīng)力腐蝕敏感性的重要因素。應(yīng)力大小對裂紋的萌生和擴展起著關(guān)鍵作用。當(dāng)施加的拉應(yīng)力較小時，合金內(nèi)部的原子雖然受到一定的拉伸作用，但仍能保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，裂紋的萌生和擴展較為緩慢。隨著拉應(yīng)力的增加，原子間的鍵能進一步降低，裂紋更容易在合金內(nèi)部的薄弱部位萌生。一旦裂紋萌生，拉應(yīng)力會促使裂紋迅速擴展，導(dǎo)致合金的應(yīng)力腐蝕敏感性顯著提高。例如，當(dāng)拉應(yīng)力達到合金的屈服強度時，裂紋的擴展速度會急劇增加，合金很快就會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力集中是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕敏感性增加的另一個重要因素。在Mg-Zn-Er合金板材中，由于加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷，如孔洞、夾雜物等，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導(dǎo)致的幾何形狀突變部位，如拐角、缺口等，都會引起應(yīng)力集中。在這些應(yīng)力集中區(qū)域，局部應(yīng)力遠遠高于平均應(yīng)力，使得原子的活性大幅提高，更容易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。同時，應(yīng)力集中還會促使裂紋優(yōu)先在這些區(qū)域萌生和擴展，從而大大增加了合金的應(yīng)力腐蝕敏感性。例如，在合金板材的拐角處，由于應(yīng)力集中的作用，即使在較低的拉應(yīng)力和較弱的腐蝕介質(zhì)條件下，也可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。腐蝕介質(zhì)的種類和濃度對Mg-Zn-Er合金板材應(yīng)力腐蝕行為有著重要影響。在眾多腐蝕介質(zhì)中，含有Cl?的溶液對Mg-Zn-Er合金板材的應(yīng)力腐蝕影響最為顯著。Cl?具有很強的活性和穿透能力，它能夠吸附在合金表面的氧化膜上，與氧化膜中的金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成可溶性的金屬氯化物，從而破壞氧化膜的完整性。氧化膜被破壞后，合金基體直接暴露在腐蝕介質(zhì)中，加速了腐蝕反應(yīng)的進行。同時，Cl?還能在裂紋尖端富集，降低裂紋尖端的pH值，形成酸性環(huán)境，進一步加速裂紋的擴展。隨著Cl?濃度的增加，合金的應(yīng)力腐蝕敏感性也會相應(yīng)增加。在高濃度的Cl?溶液中，合金更容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，且裂紋的擴展速度更快。溶液的pH值也是影響Mg-Zn-Er合金板材應(yīng)力腐蝕行為的重要因素。在酸性溶液中，H?的存在會加速合金的腐蝕反應(yīng)，使得合金更容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。H?會與合金表面的金屬原子發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣，同時金屬原子失去電子形成金屬離子進入溶液。這一過程不僅會導(dǎo)致合金表面的腐蝕，還會在合金內(nèi)部產(chǎn)生氫原子，氫原子擴散進入晶格后，會引起氫脆現(xiàn)象，降低合金的韌性，增加應(yīng)力腐蝕敏感性。在堿性溶液中，OH?會與合金表面的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成氫氧化物沉淀。這些氫氧化物沉淀可能會在合金表面形成一層保護膜，在一定程度上抑制腐蝕反應(yīng)的進行。然而，當(dāng)堿性溶液的濃度過高時，保護膜可能會被破壞，導(dǎo)致合金的應(yīng)力腐蝕敏感性增加。五、Mg-Zn-Er合金板材腐蝕影響因素5.1合金成分的影響5.1.1Zn元素的作用Zn元素在Mg-Zn-Er合金板材中對腐蝕行為有著重要影響，其含量的變化會導(dǎo)致合金微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能發(fā)生改變，進而影響腐蝕過程。當(dāng)Zn含量較低時，合金中形成的第二相較少，此時合金主要以單相固溶體形式存在。在這種情況下，合金的腐蝕主要受均勻腐蝕機制控制。由于固溶體中原子排列相對均勻，腐蝕介質(zhì)在合金表面的侵蝕較為均勻，不易形成局部腐蝕微電池。隨著Zn含量的增加，合金中會逐漸形成Mg-Zn第二相。這些第二相的存在改變了合金的微觀結(jié)構(gòu)，在腐蝕過程中，第二相與鎂基體之間形成微電偶腐蝕電池。第二相通常具有較高的陰極活性，而鎂基體作為陽極，在微電偶腐蝕的作用下，陽極區(qū)域（鎂基體）的金屬原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致鎂基體優(yōu)先被腐蝕。當(dāng)Zn含量進一步增加時，合金中第二相的數(shù)量和尺寸也隨之增加。較多的第二相不僅增加了微電偶腐蝕的位點，還可能導(dǎo)致第二相在合金中分布不均勻，使得局部腐蝕加劇。例如，在某些區(qū)域，第二相的聚集可能導(dǎo)致該區(qū)域的腐蝕速率明顯高于其他區(qū)域，從而出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象，如點蝕、晶間腐蝕等。研究表明，當(dāng)Zn含量超過一定值（如3wt.%）時，合金的腐蝕速率會顯著增加，耐蝕性明顯下降。5.1.2Er元素的影響Er元素作為稀土元素，在Mg-Zn-Er合金板材中對提高耐蝕性起著關(guān)鍵作用。Er原子在合金凝固過程中可以作為異質(zhì)形核核心，增加形核率，抑制晶粒的長大，從而使合金的晶粒得到細化。細晶強化作用不僅可以提高合金的強度和硬度，還能顯著改善合金的耐蝕性。細晶粒合金中晶界面積增大，晶界對裂紋的擴展具有阻礙作用，使得裂紋在擴展過程中需要消耗更多的能量，從而提高了合金的韌性。在腐蝕過程中，細晶結(jié)構(gòu)能夠有效阻止腐蝕介質(zhì)的穿透，減緩腐蝕的進行。Er元素還能夠促進合金表面形成富含Er的氧化物保護膜。在腐蝕介質(zhì)中，Er元素會與氧發(fā)生反應(yīng)，在合金表面形成一層致密的氧化物膜，如Er?O?。這層保護膜具有良好的穩(wěn)定性和致密性，能夠有效阻擋Cl?等腐蝕性離子的穿透。當(dāng)合金板材處于含Cl?的溶液中時，Cl?具有很強的活性和穿透能力，容易破壞合金表面的氧化膜，引發(fā)腐蝕。而富含Er的氧化物保護膜能夠與Cl?發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物，從而阻止Cl?對合金基體的侵蝕，提高合金的耐腐蝕性能。5.1.3雜質(zhì)元素的影響在Mg-Zn-Er合金板材中，不可避免地會存在一些雜質(zhì)元素，如Fe、Ni、Cu等，這些雜質(zhì)元素的含量雖然較低，但對合金的腐蝕性能卻有著顯著的不良影響。雜質(zhì)元素會在合金中形成微電偶腐蝕電池，加速合金的腐蝕。以Fe元素為例，F(xiàn)e在Mg-Zn-Er合金中的固溶度極低，當(dāng)合金中含有少量Fe時，F(xiàn)e會以Fe?Mg??等金屬間化合物的形式存在。這些金屬間化合物與鎂基體之間存在較大的電位差，在腐蝕介質(zhì)中，它們與鎂基體形成微電偶腐蝕電池。金屬間化合物作為陰極，鎂基體作為陽極，陽極區(qū)域的鎂原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致鎂基體被腐蝕。由于微電偶腐蝕的作用，合金的腐蝕速率會明顯加快，耐蝕性顯著降低。雜質(zhì)元素還會降低合金表面保護膜的質(zhì)量和穩(wěn)定性。某些雜質(zhì)元素，如Ni和Cu，會在合金表面富集，影響合金表面氧化膜的形成和結(jié)構(gòu)。這些雜質(zhì)元素會阻礙合金表面形成致密的氧化膜，使得氧化膜的完整性和穩(wěn)定性受到破壞。在含Cl?的腐蝕介質(zhì)中，表面保護膜的缺陷和不穩(wěn)定性會使Cl?更容易穿透保護膜，與合金基體發(fā)生反應(yīng)，從而加速合金的腐蝕。雜質(zhì)元素還可能與合金中的其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成脆性相或降低合金的加工性能，進一步影響合金的綜合性能和耐蝕性。5.2微觀組織結(jié)構(gòu)的影響5.2.1晶粒尺寸的影響晶粒尺寸對Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為有著顯著影響，其作用機制主要與晶界面積和晶界特性相關(guān)。細晶粒Mg-Zn-Er合金板材通常具有較好的耐蝕性。這是因為細晶粒合金中晶界面積較大，晶界原子排列不規(guī)則，能量較高。在腐蝕過程中，晶界可以作為腐蝕介質(zhì)的擴散屏障，阻礙腐蝕離子的穿透。當(dāng)合金處于含Cl?的腐蝕介質(zhì)中時，晶界處的原子排列紊亂使得Cl?在晶界處的擴散路徑變得曲折，增加了Cl?到達基體的難度，從而減緩了腐蝕速率。晶界處的高能量狀態(tài)使得合金在晶界處優(yōu)先形成氧化膜。這種氧化膜在一定程度上能夠保護合金基體，提高合金的耐蝕性。研究表明，通過細化晶粒，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕電位會正移，腐蝕電流密度降低，耐蝕性得到提升。然而，當(dāng)晶粒尺寸過小，也可能會對耐蝕性產(chǎn)生負面影響。晶粒尺寸過小會導(dǎo)致晶界數(shù)量急劇增加，晶界處的缺陷增多，如位錯、空位等。這些缺陷會降低晶界的穩(wěn)定性，使晶界更容易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在某些情況下，過多的晶界缺陷可能會形成微電偶腐蝕電池，加速合金的腐蝕。若晶界處存在大量的位錯，位錯周圍的原子處于畸變狀態(tài)，其電化學(xué)活性較高，與基體形成電位差，在腐蝕介質(zhì)中容易引發(fā)微電偶腐蝕，導(dǎo)致晶界處優(yōu)先被腐蝕。5.2.2晶界特性的影響晶界特性，包括晶界的類型、晶界能以及晶界處的化學(xué)成分等，對Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為有著重要影響。不同類型的晶界具有不同的原子排列方式和能量狀態(tài)，從而導(dǎo)致其腐蝕行為存在差異。大角度晶界的原子排列較為紊亂，晶界能較高，具有較高的電化學(xué)活性。在腐蝕介質(zhì)中，大角度晶界更容易成為腐蝕的起始位置。當(dāng)Mg-Zn-Er合金板材處于含有腐蝕性離子的溶液中時，大角度晶界處的原子更容易與腐蝕性離子發(fā)生反應(yīng)，形成腐蝕微電池，導(dǎo)致晶界處優(yōu)先被腐蝕。相比之下，小角度晶界的原子排列相對規(guī)則，晶界能較低，其電化學(xué)活性也較低，在一定程度上具有較好的耐蝕性。晶界能對腐蝕行為也有重要影響。晶界能越高，晶界處的原子越不穩(wěn)定，越容易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在Mg-Zn-Er合金中，晶界能的大小與合金的加工工藝和熱處理狀態(tài)有關(guān)。例如，經(jīng)過劇烈塑性變形的合金，其晶界能會升高，因為變形過程中會引入大量的位錯和缺陷，這些位錯和缺陷在晶界處聚集，增加了晶界能。高晶界能使得晶界處的原子更容易脫離晶格，與腐蝕介質(zhì)中的離子結(jié)合，從而加速腐蝕的進行。晶界處的化學(xué)成分偏析也是影響腐蝕行為的關(guān)鍵因素。在Mg-Zn-Er合金板材中，由于合金元素在凝固過程中的擴散速度不同，會導(dǎo)致某些元素在晶界處富集或貧化。當(dāng)Zn元素在晶界處富集時，會改變晶界處的電化學(xué)性質(zhì)，使其與晶粒內(nèi)部形成電位差。在腐蝕介質(zhì)中，這種電位差會引發(fā)微電偶腐蝕，晶界處作為陽極優(yōu)先被腐蝕。同樣，若Er元素在晶界處貧化，會降低晶界處形成致密保護膜的能力，從而降低晶界的耐蝕性。5.2.3第二相的影響第二相在Mg-Zn-Er合金板材中對腐蝕行為的影響較為復(fù)雜，其作用與第二相的種類、形態(tài)、分布以及與基體的界面特性密切相關(guān)。不同種類的第二相具有不同的電化學(xué)性質(zhì)，這會導(dǎo)致其在腐蝕過程中扮演不同的角色。在Mg-Zn-Er合金中，常見的第二相有Mg-Zn相、Mg-Er相以及含Zn和Er的復(fù)雜相。當(dāng)?shù)诙嗟碾娢桓哂诨w時，第二相在腐蝕過程中作為陰極，基體作為陽極。在微電偶腐蝕的作用下，陽極區(qū)域（基體）的金屬原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致基體被腐蝕。例如，若合金中存在富含Zn的Mg-Zn第二相，由于Zn的電極電位相對較高，與鎂基體形成電位差，使得鎂基體在微電偶腐蝕中成為陽極而被腐蝕，加速了合金的腐蝕速率。相反，若第二相的電位與基體相近或低于基體，微電偶腐蝕的驅(qū)動力較小，對合金腐蝕行為的影響相對較小。第二相的形態(tài)和分布也會對腐蝕行為產(chǎn)生重要影響。當(dāng)?shù)诙嘁约毿?、彌散的顆粒狀均勻分布在基體中時，其對合金耐蝕性的影響相對較小。這是因為細小彌散的第二相顆粒與基體的接觸面積相對較小，微電偶腐蝕的作用范圍有限。同時，這些細小的第二相顆?？梢宰璧K位錯的運動，提高合金的強度和硬度，在一定程度上改善合金的耐蝕性。然而，當(dāng)?shù)诙嘁源执蟆⑦B續(xù)的塊狀或網(wǎng)狀分布在晶界處時，會顯著降低合金的耐蝕性。粗大連續(xù)的第二相在晶界處形成了連續(xù)的腐蝕通道，腐蝕介質(zhì)可以沿著這些通道快速滲透到合金內(nèi)部，加速晶界腐蝕。第二相與基體之間的界面結(jié)合較弱，在腐蝕介質(zhì)的作用下，界面處容易發(fā)生分離，進一步加劇腐蝕的進行。第二相與基體的界面特性對腐蝕行為也有著重要影響。界面處的原子排列和化學(xué)成分與基體和第二相本身都有所不同，這種差異會影響腐蝕過程中的電荷轉(zhuǎn)移和物質(zhì)傳輸。若第二相與基體之間的界面存在較多的缺陷，如位錯、空位等，會降低界面的穩(wěn)定性，使界面更容易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這些缺陷還會促進腐蝕介質(zhì)在界面處的擴散，加速腐蝕的進行。此外，界面處的化學(xué)成分偏析也會導(dǎo)致微電偶腐蝕的發(fā)生，進一步影響合金的腐蝕行為。5.3環(huán)境因素的影響濕度是影響Mg-Zn-Er合金板材腐蝕速率和腐蝕類型的重要環(huán)境因素之一。在大氣環(huán)境中，隨著濕度的增加，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕速率顯著增大。當(dāng)相對濕度較低時，合金表面僅存在極少量的吸附水，這些吸附水難以形成連續(xù)的電解質(zhì)膜，腐蝕反應(yīng)主要以化學(xué)腐蝕為主，腐蝕速率相對較慢。隨著相對濕度升高，合金表面的吸附水逐漸增多，當(dāng)相對濕度達到一定臨界值（通常為60%-70%）時，在合金表面會形成連續(xù)的水膜。水膜的形成使得腐蝕反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W(xué)腐蝕，加速了腐蝕的進行。這是因為在水膜中，溶解氧的存在以及合金中不同元素的電位差，會形成大量的微電偶腐蝕電池。Mg-Zn-Er合金中的Mg、Zn等元素電位較低，作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出電子，電極反應(yīng)式為Mg\longrightarrowMg^{2+}+2e^-，Zn\longrightarrowZn^{2+}+2e^-。而溶解氧在陰極獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O?+2H?O+4e^-\longrightarrow4OH^-。隨著濕度進一步增加，水膜厚度增大，腐蝕介質(zhì)的擴散速度加快，更多的溶解氧能夠到達合金表面，為陰極反應(yīng)提供充足的反應(yīng)物，從而進一步加快腐蝕速率。在高濕度環(huán)境下，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕類型也會發(fā)生變化。當(dāng)濕度較低時，合金主要發(fā)生均勻腐蝕；而在高濕度條件下，由于微電偶腐蝕的加劇，合金更容易發(fā)生點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。在相對濕度為90%的環(huán)境中，Mg-Zn-Er合金板材表面會出現(xiàn)大量的點蝕坑，這是因為在高濕度下，微電偶腐蝕產(chǎn)生的局部酸性環(huán)境更容易在合金表面的薄弱部位形成，從而引發(fā)點蝕。溫度對Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為同樣有著顯著影響。溫度升高會加快Mg-Zn-Er合金板材在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速率。這主要是由于溫度升高會加速腐蝕反應(yīng)的動力學(xué)過程。在腐蝕反應(yīng)中，無論是陽極的氧化反應(yīng)還是陰極的還原反應(yīng)，都需要克服一定的活化能。溫度升高，分子的熱運動加劇，反應(yīng)物分子具有更高的能量，能夠更容易地克服反應(yīng)的活化能，從而使反應(yīng)速率加快。對于Mg-Zn-Er合金在含Cl?溶液中的腐蝕，溫度每升高10℃，腐蝕速率通常會增加1-3倍。在25℃的3.5%NaCl溶液中，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕速率為0.1mm/a；當(dāng)溫度升高到35℃時，腐蝕速率增加到0.2-0.3mm/a。溫度還會影響腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在較低溫度下，腐蝕產(chǎn)物可能會在合金表面形成相對致密的膜，對合金基體起到一定的保護作用。隨著溫度升高，腐蝕產(chǎn)物的生長速度加快，可能會導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜變得疏松多孔，失去對基體的保護能力。在高溫下，腐蝕產(chǎn)物中的某些成分可能會發(fā)生分解或轉(zhuǎn)化，進一步影響腐蝕產(chǎn)物膜的穩(wěn)定性。溫度對腐蝕類型也有一定影響。在較低溫度下，合金可能主要發(fā)生均勻腐蝕；而在較高溫度下，由于腐蝕速率的差異，局部腐蝕更容易發(fā)生，如點蝕、晶間腐蝕等。在高溫的腐蝕介質(zhì)中，晶界處的原子活性增加，更容易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而增加了晶間腐蝕的傾向。溶液的酸堿度對Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為有著重要影響。在酸性溶液中，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕速率通常較快。這是因為酸性溶液中含有大量的H?，H?具有較強的氧化性，能夠與合金表面的Mg、Zn等元素發(fā)生反應(yīng)。Mg與H?反應(yīng)的電極反應(yīng)式為Mg+2H?\longrightarrowMg^{2+}+H?↑，Zn與H?反應(yīng)的電極反應(yīng)式為Zn+2H?\longrightarrowZn^{2+}+H?↑。這些反應(yīng)會導(dǎo)致合金表面的金屬原子不斷溶解，加速腐蝕的進行。隨著溶液酸性的增強，H?濃度增加，腐蝕速率也會相應(yīng)增大。在pH值為3的酸性溶液中，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕速率明顯高于pH值為5的酸性溶液。在酸性溶液中，合金表面的氧化膜也容易被破壞。Mg-Zn-Er合金表面的氧化膜主要由MgO、ZnO等組成，這些氧化物在酸性溶液中會與H?發(fā)生反應(yīng)，如MgO+2H?\longrightarrowMg^{2+}+H?O，ZnO+2H?\longrightarrowZn^{2+}+H?O，從而失去對合金基體的保護作用，使合金更容易受到腐蝕。在堿性溶液中，Mg-Zn-Er合金板材的腐蝕行為則較為復(fù)雜。當(dāng)溶液的堿性較弱時，合金表面會形成一層氫氧化鎂保護膜，反應(yīng)式為Mg+2OH?\