一种用于原位记录观察镁合金微观组织腐蚀行为的方法

摘要

本发明涉及一种用于原位观察记录镁合金微观组织腐蚀行为的方法，属于材料腐蚀分析领域。首先制样，在待分析的镁合金材料上取一块金相试样，经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后待用；在金相显微镜置物台上，放置一片透光性良好的盖玻片，盖玻片尺寸完全遮住显微镜观察孔；将处理好的样品放置在盖玻片上，调整镜头得到清晰的金相组织；用棉签蘸取腐蚀盐溶液，轻轻擦拭样品观察面若干次后，将样品置于盖玻片上；通过显微镜观察记录样品的腐蚀行为，每间隔相等的时间对晶界、晶粒、第二相腐蚀状况进行原位记录。本发明制样简单、周期短、分析速度快，通过对比观察分析镁合金微观组织的腐蚀行为，能够准确确定其优先腐蚀区域，从而对材料的腐蚀机理进行判定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于原位观察记录镁合金微观组织腐蚀行为的方法，属于材料腐蚀分析技术领域。

技术背景

镁合金具有高比强度、高比刚度、良好的减震性能、易于加工等优点，被广泛的应用航空航天、军工、汽车以及电子产品等领域。但是，镁合金中由于合金元素加入，镁的强正电性而对合金元素固溶度产生大的影响，镁与合金元素具有很强的化学亲和力，促使金属间化合物形成。由于这些金属间化合物有不同于固溶体的电极电位，与固溶体形成微电池，从而造成电偶腐蚀，因此镁合金耐蚀性能很不理想。

在镁合金中，通常存在3对微型的腐蚀电池，分别是：晶粒内析出相/α-Mg基体、方块相/α-Mg、细小析出相以及晶界第二相/晶界无析出区。研究镁合金基体、析出相、晶界的尺寸、分布以及之间的相互作用，揭示镁合金中电偶腐蚀的腐蚀机理，对于提高镁合金的本征耐蚀性，开发新型的耐腐蚀镁合金具有重要的科学意义。

目前，对于原位观察镁合金中形成微电池反应的手段比较单一，例如体视显微镜、扫描电子显微镜观察等。但是体视显微镜通常受到放大倍率的限制，而利用扫描电子显微镜原位观察的操作相对复杂。利用金相显微镜原位监测镁合金微观组织腐蚀行为的演变过程具有独特的优势，如操作简单、图像清晰等。可以作为对体视显微镜、扫描电子显微镜等原位腐蚀研究的有力补充，用于宏观与微观腐蚀现象之间的关联性研究，还可用于长期腐蚀研究的及时监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于原位观察记录镁合金微观组织腐蚀行为的方法，利用普通的盖玻片和金相显微镜可以对镁合金微观组织的腐蚀行为进行原位的腐蚀观察记录。

一种用于原位观察记录镁合金微观组织腐蚀行为的方法，包括以下步骤：

(1)制样：在待分析的镁合金材料上取一块金相试样，经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后待用；

(2)在金相显微镜置物台上，放置一片透光性良好的盖玻片，盖玻片尺寸完全遮住显微镜观察孔；将步骤（1）中处理好的样品放置在盖玻片上，调整镜头得到清晰的金相组织；

(3)用棉签蘸取腐蚀盐溶液，轻轻擦拭样品观察面若干次后，将样品置于盖玻片上；

(4)通过显微镜观察记录样品的腐蚀行为，每间隔相等的时间对晶界、晶粒、第二相腐蚀状况进行原位记录。

步骤（1）中，所述的金相试样经过240#，800#，2000#，5000#砂纸粗磨和细磨后，抛光；抛光好的观察面在相应的金相腐蚀液下腐蚀出微观组织后，用吹风机吹干，待用；所述的金相腐蚀液为4%（体积%）硝酸酒精溶液等。

步骤（2）中，所述的盖玻片的厚度为0.17±0.02mm，否则光线的透过性不好，影响观察效果。

步骤（3）中，所述的腐蚀盐溶液为NaCl溶液、Na₂SO₄、(NH₄)₂SO₄溶液等，以观察镁合金在不同介质中的腐蚀行为；盐溶液浓度在1×10^-5～1×10^-3mol/L之间，浓度过高或过低均会影响样品腐蚀速度，导致不能有效的观察记录。

用棉签蘸取腐蚀液擦拭样品表面的次数为3～16次（擦拭次数取决于合金本征耐蚀性），擦拭完毕后迅速将样品放到金相显微镜上进行观察。

步骤（4）中，记录样品的腐蚀行为的时间间隔为0.5s～5s，对腐蚀行为的记录时间是等间隔的，否则原位记录的金相之间不能进行有效的对比。

当腐蚀行为观察记录2～5min之后，样品表面腐蚀从优先腐蚀区域逐渐扩展，导致大面积腐蚀的发生，不宜再进行腐蚀行为的观察记录，需要将观察面重新在5000#的砂纸上进行打磨并抛光，重复步骤(2)～(4)。

本发明的优点：

（1）制样简单、周期短、分析简便可靠，通过对比观察分析镁合金微观组织的腐蚀行为，准确确定腐蚀区域，快速对镁合金腐蚀机理、腐蚀类型进行判定。可作为对体视显微镜、扫描电子显微镜等原位腐蚀研究的有力补充，用于宏观与微观腐蚀现象之间的关联性研究，还可用于长期腐蚀研究的及时监测。

（2）避免镜体污染：由于盖玻片尺寸远大于镜头孔径尺寸，腐蚀介质不会与镜体直接或间接接触。同时盖玻片的透光性良好，能满足放大倍率为1000×的金相显微镜原位腐蚀分析使用。

附图说明

图1是金相显微镜原位微观腐蚀分析示意图。

图2为固溶处理后的EW75镁合金原位腐蚀连续观察1～6s的500倍金相照片。

图3为挤压态的WE93镁合金原位腐蚀连续观察1～6s的500倍金相照片。

图4为时效态的AZ80镁合金原位腐蚀连续观察2～12s的200倍金相照片。

图5为挤压态的EW75镁合金原位腐蚀连续观察0.5～3s的500倍金相照片。

图6为时效态的EW75镁合金原位腐蚀连续观察1～6s的200倍金相照片。

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

如图1所示，为金相显微镜原位微观腐蚀分析示意图，其中，1是待观察样品，2是盖玻片，3是金相显微镜载物台，4是金相显微镜镜头。

首先制样：在所要分析的材料上取一块金相试样，经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后待用；在金相显微镜置物台上，放置一片透光性良好的盖玻片（厚度为0.17mm±0.02mm），尺寸要完全遮住显微镜观察孔，将处理好的样品放置在盖玻片上，调整镜头得到清晰的金相组织；用棉签蘸取浓度为1×10^-5～1×10^-3mol/L的NaCl溶液（观察镁合金在不同介质中的腐蚀行为，选取不同的盐溶液，如选用Na₂SO₄、(NH₄)₂SO₄溶液等），轻轻擦拭样品观察面3～16次后，迅速将样品置于盖玻片上；通过显微镜观察记录样品的腐蚀行为，每间隔x秒（0.5s≤x≤5s）对晶界、晶粒、第二相腐蚀状况进行原位记录。由于盖玻片和观察面直接接触，使合金腐蚀产生的气体得不到及时释放，会在腐蚀区域周围形成气泡，气泡面积即优先腐蚀区域的面积；对比分析合金的微观组织腐蚀状态，分析其腐蚀机理。

实施例1

原位观察记录固溶处理后的EW75镁合金在NaCl溶液中的微观组织腐蚀行为：

(1)制样：在EW75镁合金材料上取一块金相试样，经过240#，800#，2000#，5000#砂纸粗磨和细磨后，抛光；抛光好的观察面在4%（体积%）硝酸酒精溶液下腐蚀出微观组织后，用吹风机吹干，待用。

(2)在金相显微镜置物台上，放置一片透光性良好的盖玻片，盖玻片尺寸完全遮住显微镜观察孔；将步骤（1）中处理好的样品放置在盖玻片上，调整镜头得到清晰的金相组织；盖玻片的厚度为0.17±0.02mm，否则光线的透过性不好，影响观察效果。

(3)用棉签蘸取1×10^-4mol/L NaCl腐蚀液，轻轻擦拭样品观察面6次后，将样品置于盖玻片上；

(4)通过显微镜观察记录样品的腐蚀行为，每间隔1s对晶界、晶粒、第二相腐蚀状况进行原位记录。

图2为固溶处理后的EW75镁合金原位腐蚀连续观察1～6s的500倍金相照片，其观察条件为：腐蚀液1×10^-4mol/L NaCl，观察面擦拭次数为6次，时间间隔x=1s。

从图2中可以看出，EW75镁合金固溶处理后，晶粒周围没有第二相的存在区域未发生腐蚀；但是在未完全回溶的第二相与晶界交界处，由于第二相和基体之间的电位差作用，在基体与第二相界面上发生电偶腐蚀，反应方程式为:Mg+2H₂O→Mg(OH)₂+H₂↑，产生H₂形成气泡，由于盖玻片和观察面直接接触，使合金腐蚀产生的气体得不到及时释放，会在腐蚀区域周围形成气泡，气泡面积即优先腐蚀区域的面积；随着腐蚀的不断进行，腐蚀区域面积不断扩大，与周围未发生腐蚀的区域形成明显的对比。

实施例2

原位观察记录挤压态的WE93镁合金在NaHSO₃溶液中的微观组织腐蚀行为，其观察条件为：腐蚀液1×10^-4mol/L NaHSO₃，观察面擦拭次数为8次，时间间隔x=1s，其他步骤同实施例1。

图3为挤压态的WE93镁合金原位腐蚀连续观察1～6s的500倍金相照片。从图3中可以看出，在第二相尺寸较大的区域腐蚀明显，第二相的尺寸越大，基体与第二相间的电位差效应就越明显，在基体与第二相界面上发生电偶腐蚀的趋势越大，合金腐蚀产生H₂形成气泡，由于盖玻片和观察面直接接触，使合金腐蚀产生的气体得不到及时释放，会在腐蚀区域周围形成气泡，气泡面积即优先腐蚀区域的面积。WE93挤压态合金耐蚀性较好，腐蚀速率较低，腐蚀所产生气泡较小。

实施例3

原位观察记录时效态的AZ80镁合金在NaCl溶液中的微观组织腐蚀行为，其观察条件为：腐蚀液1×10^-5mol/L NaCl，观察面擦拭次数为3次，时间间隔x=2s，其他步骤同实施例1。

图4为时效态的AZ80镁合金原位腐蚀连续观察2～12s的200倍金相照片。从图4中可以看出，时效态的AZ80镁合金第二相Mg₁₇Al₁₂比较粗大，且一定程度上连接成网状。由于基体和第二相间的电位差效应，合金发生电偶腐蚀。在第二相比较稀疏的地方，合金优先发生腐蚀，并且随着腐蚀的逐渐进行，腐蚀区域向周围逐渐扩大。这主要是因为第二相连接成网状，有效的形成了腐蚀壁垒，对腐蚀起到了阻碍作用。合金腐蚀产生H₂形成气泡，由于盖玻片和观察面直接接触，使合金腐蚀产生的气体得不到及时释放，会在腐蚀区域周围形成气泡，气泡从第二相稀疏的区域向密集区域逐渐扩散。

实施例4

原位观察记录挤压态的EW75镁合金在NaCl溶液中的微观组织腐蚀行为，其观察条件为：腐蚀液5×10^-4mol/L NaCl，观察面擦拭次数为5次，时间间隔x=0.5s，其他步骤同实施例1。

图5为挤压态的镁合金原位腐蚀连续观察0.5～3s的500倍金相照片。从图5中可以看出，在挤压流线上的区域腐蚀明显，在挤压流线上第二相密集分布，基体与第二相间的电位差效应就越明显，在基体与第二相界面上发生电偶腐蚀的趋势越大，合金腐蚀产生H₂形成气泡，由于盖玻片和观察面直接接触，使合金腐蚀产生的气体得不到及时释放，会在腐蚀区域周围形成气泡，气泡面积即优先腐蚀区域的面积。

实施例5

原位观察记录时效态的EW75镁合金在NaCl溶液中的微观组织腐蚀行为，其观察条件为：腐蚀液1×10^-4mol/L NaCl，观察面擦拭次数为4次，时间间隔x=1s，其他步骤同实施例1。

图6为时效态的EW75镁合金原位腐蚀连续观察1～6s的200倍金相照片。从图6中可以看出，EW75时效态腐蚀分布比较均匀，这是由于时效态的EW75合金的第二相分布均匀，晶粒的尺寸大小基本一致，电偶腐蚀发生过程中，在合金表面发生全面腐蚀。随着腐蚀的逐渐进行，合计腐蚀产生的气泡逐渐扩大，最终将会连成一片，EW75合金的腐蚀类型属于面腐蚀。

当腐蚀行为观察记录2～5min之后，样品表面腐蚀从优先腐蚀区域逐渐扩展，导致大面积腐蚀的发生，不宜再进行腐蚀行为的观察记录，需要将观察面重新在5000#的砂纸上进行打磨并抛光，重复步骤(2)～(4)。

本发明中，由于盖玻片和观察面直接接触，使合金腐蚀产生的气体得不到及时释放，会在腐蚀区域周围形成气泡，气泡面积即优先腐蚀区域的面积；对比分析合金的微观组织腐蚀状态，分析其腐蚀机理。通过以上实施例可以看到，本发明制样简单、周期短、分析速度快，通过对比观察分析镁合金微观组织的腐蚀行为，能够准确确定其优先腐蚀区域，从而对材料的腐蚀机理进行判定。