AZ91D 镁合金手汗腐蚀机理研究Ⅱ 手汗液中尿素对AZ91D 腐蚀的缓蚀机制. pdf.doc

1、文档之家-首选文档分享与下载平台/本文档下载自文档之家，如果内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：/doc/90f48e22a5e9856a561260d4.htmlAZ91D镁合金手汗腐蚀机理研究 手汗液中尿素对AZ91D腐蚀的缓蚀机制.pdfVol124No16中国腐蚀与防护学报第24卷第6期Dec120042004年12月JournalofChinesesocietyofrCorrosionandProtectionAZ91D镁合金手汗腐蚀机理研究II手汗液中尿素对AZ91D腐蚀的缓蚀机制李瑛

2、张涛王福会(中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:通过建立简易气体收集装置,研究了尿素存在与否时,手汗液中不同组分对AZ91D合金表面析氢动力学过程的影响.通过动电位极化曲线、电化学阻抗谱图等电化学测试手段,探讨了尿素对镁合金在手汗模拟液中的作用机制.发现尿素可在合金表面吸附,进而改变镁合金/OH-离子的浓度,使合金表面容易形成具有部分保护作用的MgO膜,Cl-时,尿素的缓蚀能力变得很弱.关键词:AZ91D镁合金手汗尿素中图分类号:TG1711)203342051前言前期AZ91D镁合金在手汗模拟液中腐蚀的动力学研究结果表明1,手汗液中尿素对镁合金在纯水中的腐

3、蚀具有一定的缓蚀作用,并在一定程度上减缓了乳酸对镁合金的腐蚀作用,但有Cl-存在时,这种缓蚀作用显著下降.下面的研究工作将侧重对上述现象的微观机制进行探讨.位扫描测量范围从相对于腐蚀电位-150mV开始到-800mV(SCE)结束,扫描速度为01166mV/s.电化学阻抗谱(EIS)采用美国EG&GPAR公司生产的M378电化学测量系统,激励信号是振幅5mV的正弦波,频率从50010-3Hz到100kHz.以上实验均在251环境下进行.3结果与讨论311尿素对镁合金在手汗模拟液中腐蚀的抑制作用AZ91D镁合金在含尿素和不含尿素的纯水、乳2实验方法实验材料选用耐蚀铸造镁合金AZ91D(主要成分为

4、:Al8177%,Zn0174%,Mn0118%,Ni01001%,Cu01001%,Ca<0101%,Si<0101%,K<0101%,Fe<01001%,Mg余量).实验前经800#SiC砂纸打磨,蒸馏水冲洗,热空气吹干后放置于干酸、NaCl、NaCl 乳酸等四种介质中析氢量随浸泡时间的关系曲线见图1.可知,尿素加入后,镁合金在纯水和乳酸介质中的腐蚀速度都有所减缓,说明尿素对镁合金在纯水和乳酸介质中的腐蚀都具有缓蚀作用.从有无尿素时镁合金表面析氢动力学曲线拟合结果可知,对于纯水介质,尿素加入后,析氢动力学曲线没有改变,都满足logistic关系式;而在乳酸介质中,尿

5、素加入后,析氢动力学由满足直线关系转为满足二次函数关系,说明尿素影响了镁合金的腐蚀过程,并最终导致合金的腐蚀速度降低.但当NaCl以及乳酸与NaCl共存时,尿素的加入并不显著影响镁合金的腐蚀速度.312尿素对镁合金在手汗模拟液中腐蚀行为的影响为了探讨尿素对镁合金在手汗模拟液中的作用机制,首先探讨了尿素加入前后镁合金动电位极化曲线的变化规律,结果见图2,拟合结果见表1.从动电位极化曲线测试结果可知,尿素加入前后镁合金的阴、阳极极化曲线不同,说明镁合金的阴、阳极反应历程发生了变化.由于镁合金腐蚀存燥器待用.电极的工作表面积为10mm15mm,非工作表面用环氧树脂涂封.腐蚀介质使用一次蒸馏水配制的1

6、mol/L尿素、9g/L乳酸、1mol/L尿素 9g/L乳酸、1mol/L尿素 1mol/LNaCl、1mol/L尿素 1mol/LNaCl 9g/L乳酸.使用试剂皆为分析纯.本工作通过测量氢的析出速率来评价镁合金的腐蚀速度,研究尿素存在与否时,手汗液中不同组分对AZ91D合金表面析氢动力学过程的影响2.动电位极化曲线测量采用美国EG&GPAR公司生产的M352电化学测试系统及三电极体系,参比电极采用饱和甘汞电极,辅助电极为铂电极.动电收稿日期:2003212214;修订日期:2004205221基金项目:国家自然科学基金面上基金资助项目(50001013)作者简介:李瑛,女,1968年生,博

7、士,辽宁沈阳人,从事腐蚀电化学研究/doc/90f48e22a5e9856a561260d4.html6期李瑛等:AZ91D镁合金手汗腐蚀机理研究Table1ElectrochemicalcorrosiondataforAZ91DalloyinthedifferentsolutionsBa/mVBc/mVEcorr/Vicorr/A?cm-2335Rp/E(I=0)/Vwaterwater urealacticacidlacticacid ureaNaClNaCl urealacticacid NaCllacticacid NaCl urea319

8、525459466/345129268542555662/888151-11489-11479-11328-11400/-11700-11580216410-6216410-6216710-4211010441211042157102-11489-11470-11328-11399-11586-11583-11362-11700118010-4/811310-341211023211519610215191215-3Fig.1ThekineticsofhydrogenevolutionfromAZ91Dalloyimmersinginthedifferentkindsofmediawithan

9、dwithouturea.(a)dis2tilledwater(b)lacticacid(c)NaCl(d)lacticacid NaCl在负差数效应3,因此,动电位极化曲线获得的腐蚀电流密度不能精确反映合金的溶解速度,但结合析氢量的测试结果(图1)可知,在水体系,尿素的加入使合金的腐蚀过程受到抑制,并且合金的自腐蚀电位几乎不发生变化,说明尿素对阴极和阳极反应历程的抑制程度相当;在乳酸体系,尿素具有较高的缓蚀作用,它的加入使腐蚀速度降低了近一倍,从自腐蚀电位的变化可知,自腐蚀电位负移70mV,说明合金的阴极反应受到强烈抑制.而当氯离子与乳酸、尿素共存时,材料的腐蚀电位再度降低了近200mV,但

10、合金的腐蚀速度却比无氯离子存在时有所提高,说明氯离子加入后,合金的阳极溶解速度提高.为了进一步获得材料在加入尿素前后的界面和电极反应动力学信息,还测定了尿素添加前后合金的电化学阻抗谱(图3).利用相应的等效电路对EIS谱拟合,可以获得镁合金/溶液界面电容、反应转移电阻等信息,各种体系中镁合金界面电容和转移电阻的拟和结果见表2.可知,当在纯水和乳酸介质中添加尿素时,都将使镁合金的反应转移电阻有所上升,尿素对镁合金在上述体系中的腐蚀行为具有一定的抑制作用.这与极化曲线的测量结果一致.对于纯水体系,当尿素加入后,镁合金的界面电容值增加.虽然没有尿素的介电常数,但从与其结构相近的甲酰的介电常数可知,尿

11、素的介电常数大于/doc/90f48e22a5e9856a561260d4.html336中国腐蚀与防护学报第24卷Fig.2ThepolarizationcurveofAZ91Dindifferentmediawithandwithouturea(a)distilledwater(b)lacticacid(c)NaCl(d)lacticacid NaClTable2Transientresistance(Rt)anddouble2layercapacitive(Cdl)oftheAZ91Dalloyinterfaceindifferenttest

12、solutions2定程度上抑制镁合金的腐蚀,从上述体系看,只有在乳酸中添加尿素时,体系的pH值不发生变化,但此时合金的反应转移电阻变化也较微弱,而在其他体系,材料的反应转移电阻变化较大,因此,可以断定,尿素对镁合金腐蚀的抑制作用更主要地源于使体系的OH-离子浓度增加,而尿素的覆盖作用相对较弱.从上述的研究结果可以看出,尿素主要从以下几方面影响了镁合金在手汗模拟液中的腐蚀行为:尿素本身在镁合金表面的吸附作用;尿素与Cl-间的竞争吸附;尿素与乳酸间形成的化合物的吸附作用;尿素在手汗液中水解电离出的OH-离子对镁合金腐蚀行为的抑制作用.Table3ThepHvaluesoftestsolution

13、stestsolutionswaterwater ureaNaClNaCl urealacticacidlacticacid ureapHvalues79157915318318waterwater urealacticacidlacticacid ureaNaClNaCl urealacticacid NaCl719710918410-6116810-4214510-5116310-5114710-5319810-5-5-6R/776133136.112141415692171351812水的介电常数4,镁合金界面电容的增加说明表面吸附了一定量的尿素.从而说明尿素在抑制镁合金腐蚀方面起到了一

14、定的作用.在乳酸体系,尿素加入后合金的界面电容值降低.从乳酸和尿素的分子结构可知,两者间较易形成氢键,进而形成新的有机化合物,这种新的化合物的介电常数较小,当其在合金表面吸附时,导致合金的界面电容值降低.但在影响镁合金腐蚀方面,还有一个重要因素,既OH-离子浓度,上述体系各自的pH值见表3.可知,除了乳酸体系,尿素的加入都导致体系的碱性增加,而众所周知,OH-离子浓度的增加同样可以在一/doc/90f48e22a5e9856a561260d4.html6期李瑛等:AZ91D镁合金手汗腐蚀机理研究337从尿素的化学结构看,尿素具有双胺基,可提供孤对电

15、子,能够吸附在镁合金表面,对合金的腐蚀起到一定的保护作用.但尿素的吸附能力远弱于作为缓蚀剂的胺盐,这一方面表现在它对镁合金的抑制作用较弱;另一方面则表现在当具有强特性吸附能力的Cl-存在时,镁合金的活性吸附点基本全部为Cl-占据,尿素几乎不在合金表面吸附,镁合金的界面电容不变.尿素为酰胺类化合物,它能与乳酸分子通过氢键形成新的化合物,该化合物虽然具有一定的吸附能力.但当Cl-存在时,镁合金上该化合物的吸附同样会被Cl-离子取代.尿素的存在使水溶液显弱碱性,在无乳酸存在时,尿素离解出的OH-离子是影响镁合金腐蚀行为的主要因素,OH-离子浓度的增加使合金表面较易形成具有一定保护作用的MgO膜,腐蚀

16、速度降低,但当有乳酸出现时,溶液显酸性,此时尿素和OH-离子的作用都非常微弱,主宰镁合金腐蚀的是溶液中的H ,此时,有无尿素时合金具有同样的腐蚀速度.4结论(1)尿素加入到纯水和乳酸体系中可在一定程度上减缓镁合金的腐蚀速度,并改变了镁合金的阴、阳极反应历程.(2)尿素的吸附能力远远弱于Cl-离子,因此,当Cl-离子存在时,尿素基本上不在镁合金表面发生吸附.(3)尿素对镁合金腐蚀行为的影响主要是通过改变腐蚀体系中OH-离子的浓度,尿素的加入使体/doc/90f48e22a5e9856a561260d4.html338中国腐蚀与防护学报第24卷系显碱性

17、,高浓度的OH-离子使合金表面容易形成具有部分保护作用的MgO膜,腐蚀速度降低.2SongGL,AndreJAtrens,StJohnDavid.AhydrogenevolutionmethodfortheestimationofthecorrosionrateofmagnesiumalloysA.MagnesiumTechnology2001M.EditedbyHrynJ.TMS(TheMinerals,Metals&MaterialsSociety),2001:2553SongGL,AtrensA,StJohnD,WuX.Theanodicdissolutionofmagnesiuminc

18、hlorideandsulphatesolutionJ.Corros.Sci.,1997,39(10):19814DeanJA.LangesHandbookofChemistryM.McGraw2Hill:1985参考文献:1LiY,ZhangT,WangFH.CorrosionbehaviorofAZ91Dmagne2siumalloyinhandsweatIJ.J.Chin.Soc.Corros.Prot.,2004,24(5):267(李瑛,张涛,王福会.AZ91D镁合金汗腐蚀机理研究J.中国腐蚀与防护学报,2004,24(5):276)CORROSIONBEHAVIOROFAZ91DALLOYINSWEAT.InhibitingmechanismofureaonAZGLandProtection,InstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofSciences,Shenyang,110016)Abstract:Inthiswork,theinhibitingmechanismofureaonAZ91DalloyinhandsweathadbeeninvestigatedbytheEISandpolarizationcurves.Ithasbeenfo