SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：本文通过SEM、EDS等分析方法，采用浸泡失重测试了不同杂质元素含量的Mg-Mn牺牲阳极材料的腐蚀速率及阳极效率。试验结果表明，杂质元素Fe、Si等元素与镁基体形成电偶腐蚀，加速了合金的腐蚀速率，从而降低了其阳极利用率，导致阳极效率低于50%，不符合镁阳极材料的要求。
关键词：Mg-Mn；失重；电流效率；腐蚀速率
0引言
镁合金由于低密度、高比强度、减震、屏蔽性能好等优异特性，被广泛应用于电子3C、汽车、轨道交通等领域[1-2]。镁牺牲阳极主要应用于地下及淡水中的输油、输气管道、通讯、船舶、水库闸门等工程的防腐保护领域。近年来，随着环保意识的提高和能源节约的需求，镁合金牺牲阳极在金属保护领域的应用越来越广泛。
然而，镁合金在电化学环境中易发生腐蚀，这在一定程度上限制了镁阳极材料的应用。为了解决这一问题，研究者们开发出了多种镁合金牺牲阳极材料，这类材料在腐蚀防护领域具有显著的优势[3-4]。其主要是一种通过电化学反应，以镁合金为阳极，保护钢铁等更活泼的金属不受腐蚀的防护技术。原理上，镁合金牺牲阳极材料在腐蚀环境中，会优先于钢铁等金属发生腐蚀，从而保护了钢铁等金属。这种牺牲阳极的保护效果在海洋工程、石油化工等领域尤为显著。近年来，研究者们致力于开发出具有更高耐腐蚀性和优良机械性能的高性能镁合金阳极材料，例如，通过添加稀土元素如Ce、La等，可以显著提高镁合金的耐腐蚀性[5-6]。此外，通过优化合金成分和热处理工艺，可以显著提高镁合金的强度和韧性，从而满足更多复杂环境下的使用需求。镁合金材料的表面处理是提高镁合金牺牲阳极材料耐腐蚀性的重要手段。研究者们开发出了多种表面处理技术，如化学转化膜、电镀、喷涂等，以提高镁合金牺牲阳极材料的耐腐蚀性。其中，化学转化膜技术通过在镁合金表面形成一层致密的氧化膜，显著提高了镁合金的耐腐蚀性。镁合金牺牲阳极材料的优化设计为了更好地满足实际应用需求，研究者们还对镁合金牺牲阳极材料的形状和结构进行了优化设计。例如，通过改变镁合金牺牲阳极材料的形状和尺寸，可以使其更好地适应不同形状和尺寸的钢铁构件。此外，通过采用一体化设计，可以显著提高镁合金牺牲阳极材料的安装效率和防护效果。镁合金牺牲阳极材料的研究取得了显著的进展，为镁合金在腐蚀防护领域的应用提供了强有力的支持。然而，尽管如此，仍需进一步研究和改进以更好地满足实际应用需求。而Mg-Mn合金作为常用的高电位材料，在镁牺牲阳极领域具有广泛的应用[7]。
因此，本文Mg-Mn牺牲阳极材料为研究对象，探究了其杂质元素含量对其腐蚀速率及电流效率的影响，期待通过进一步研究和开发，能够提供更高效、更环保、更经济的镁合金牺牲阳极材料，为镁合金在更多领域的应用提供可能性。
1试验材料与方法
采用商用纯镁锭、Mg-15%Mn中间合金，先将纯镁锭放入提前预热到300℃的不锈钢坩埚中，然后开始逐步升高温度，直至镁锭完全熔化。待温度升高到750℃时，加入w（Mn）=15%的Mg-15%Mn中间合金，以完成合金化过程。随后，采用气体搅拌5～10 min以确保成分均匀分布，并把熔体温度升至750～760℃进行精炼，过程持续30 min。精炼完成后，将坩埚置于740℃静置30 min。最后，将液体浇铸到提前预热的模具中，准备后续步骤。采用电感耦合等离子光谱仪进行成分分析，合金的具体成分如表1所示。在铸棒上切割成高度为10～20 mm的长方体。然后，取其中两个表面的金属层，去掉表面的一定厚度，直至露出金属光泽，这一步将使用车床进行加工。电流效率电解液为CaSO4·2H2O溶解在蒸馏水中，同时加入一定浓度的Mg（OH）2，要求CaSO4·2H2O的质量浓度在5～6 g/L之间，Mg（OH）2的质量浓度在0.1～0.2 g/L之间。最后，将处理过的试样切片垂直放入装有上述配置电解液的容器皿中，然后将容器皿上部密封。开始计时后，将样品浸泡24 h。取出样品后，用吹风机吹干表面，然后进行观察，并根据观察结果做出电流效率的判定。腐蚀失重试验为3.5%NaCl溶液，采用日本电子扫描电镜进行腐蚀形貌观察。
2结果与分析
图1为电流效率测试后合金的SEM表面形貌，其中图1-1为1#合金，图1-2为2#合金。从图1-1中可以看出1#合金经过24 h的浸泡后，表面仍然干净光亮，只有少量的白色质点，而2#合金则表面被严重腐蚀，出现了腐蚀坑，且表面呈现出大量大白色腐蚀产物，这将对电流效率产生重要的影响。通过化学成分判定，这可能与2#合金中高含量的Fe及Si元素有关。
为进一步分析杂质元素对其电流效率及腐蚀速率的影响，对其进行腐蚀速率测试后表面SEM及能谱分析，如图2、图3所示。从图2中可以看出，1#合金浸泡腐蚀后，表面形成了一层保护膜层，从而限制了腐蚀的进一步进行，另外通过能谱分析，此腐蚀产物主要为MgO，致密的氧化膜层将降低腐蚀速率，提升电流效率。不同的是，通过图3可以看出，2#合金经过经过浸泡后出现明显的腐蚀坑，经过能谱分析，主要为含Si及Fe元素。因此，可以发现，腐蚀主要发生于杂质元素分布出，杂质元素与镁基体之间存在的电位差导致电偶腐蚀的发生，加速了合金的腐蚀过程。
图4分析了电流效率测试数据。从图4可以看出，2#合金腐蚀速率相比1#合金快速增加，1#合金电流效率52.13%，符合牺牲阳极材料使用要求，2#合金电流效率42.85%，不符合阳极材料电流效率。这主要是由于2#合金中杂质元素Fe、Si等元素与镁基体形成的电偶腐蚀，加快了合金的失重量，从而使得电流效率降低。
3结论
通过失重、电流效率测试等试验，分析了杂质元素含量对其Mg-Mn牺牲阳极材料腐蚀速率及其阳极电流效率的影响，试验结果表明，杂质元素Fe、Si等元素与镁基体形成电偶腐蚀，加速了合金的失重腐蚀速率，从而降低了阳极材料的利用率，导致阳极效率低于50%，因此，通过控制杂质元素含量可以有效提高镁阳极材料的电流效率，从而扩大Mg-Mn阳极材料的应用。
参加文献
[1]张秋美，吴锐.挤压AZ63镁牺牲阳极的组织和电化学性能[J].材料保护，2016，49（6）：76-79.
[2]侯军才，张秋美.高电位镁牺牲阳极研究进展[J].中国腐蚀与防护学报，2011，31（2）：81-85.
[3]冯秀梅，李颖，张发伦，等.X-射线荧光光谱法测定镁牺牲阳极中的元素含量[J].化学试剂，2016，38（7）：658-660.
[4]苏鹏，杜翠薇，李晓刚.AZ63镁合金牺牲阳极在高阻抗土壤环境中腐蚀行为研究[J].材料保护，2008，41（4）：4-6.
[5]巢国辉，黎文献，余琨，等.镁基牺牲阳极腐蚀行为研究[J].腐蚀科学与技术，2006，18（2）：98-100.
[6]范燕青，王建朝，赵斌.AZ63B镁牺牲阳极的电化学性能研究[J].青海师范大学学报（自然科学版），2003（1）：56-58.
[7]凌赵华.镁铝复合牺牲阳极的制备及其电话学性能的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/77925.html
