金属阳离子对镁在含Cl−溶液中腐蚀行为的影响

摘要

镁及镁合金具有质轻、比强度高、循环利用率高、铸造性好等优异性能，被广泛应用在军工、航天航空、汽车等领域。近年来，考虑到金属镁毒性极低及良好的生物相容特点，其作为生物材料的用途被广泛关注。但是镁的化学活性高和耐蚀性较差，无论在工业潮湿环境中，还是在人体生理环境中，腐蚀问题都不容忽视，是制约其应用的主要瓶颈。本文采用电化学测试方法评价金属阳离子对金属镁在含Cl?溶液中腐蚀行为的影响，通过扫描电子显微镜，能谱仪和X射线光电子能谱等表面分析技术，结合软硬酸碱理论对镁的腐蚀行为进行了定量和定性的描述。主要的研究结果如下： （1）当溶液中Cl?浓度为10 mM时，镁腐蚀速率大小为：CuCl2>NaCl>LiCl>CaCl2>MnCl2>NiCl2。镁在含Mn2+，Ni2+的溶液中腐蚀速率较小，是由于阳离子硬度较大，容易渗入镁腐蚀产物膜且改变了膜层结构，形成致密的保护性混合膜，阻挡侵蚀性Cl?和H2O分子对基体的破坏；在所添加的阳离子中，虽然Cu2+的硬度最大，但镁在含Cu2+的溶液中腐蚀速率最大，可能是由于 Cu2+与基体构成腐蚀电偶对，导致镁剧烈的活化溶解，难以形成稳定的腐蚀产物膜。 （2）当溶液中Cl?浓度为100 mM时，镁腐蚀速率大小为：NiCl2>NaCl>LiCl>CaCl2>MnCl2。研究发现Cl?促进镁溶解的作用大大加强。镁在Ca2+、Mn2+溶液中腐蚀速率较小，是因为硬度较大的阳离子能够减小Cl?对镁基体的侵蚀程度，抑制腐蚀；而软金属阳离子（Na+和Li+）则会促进Cl?对基体的侵蚀，加速腐蚀；在所添加的阳离子中，Ni2+硬度最大，但与Ca2+和Mn2+不同的是，镁在含 Ni2+的溶液中腐蚀速率最大，这是由于镁与浓度较大的NiCl2接触时，对基体没有保护作用，导致基体不断被腐蚀。 （3）为了探究混合金属阳离子对镁在缓冲介质中腐蚀行为的影响，研究了混合阳离子对镁在含10 mM Cl?的硼酸缓冲液中的腐蚀行为。结果表明，镁腐蚀速率大小为：NaCl>NaCl+CaCl2>NaCl+MnCl2。硼酸缓冲液会阻碍氯化物溶液的pH值发生较大变化，抑制阴阳极反应，从而减缓镁的腐蚀进程。与参照溶液（Na+）相比，硼酸缓冲液中添加硬的混合金属阳离子（Na++Ca2+，Na++Mn2+）后可以提高镁的耐蚀性能，这是由于硬的金属阳离子渗入膜层，提高了膜层稳定性。

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 镁及镁合金概况

1.2 镁合金的腐蚀类型

1.2.1 电偶腐蚀

1.2.2 晶间腐蚀

1.2.3 局部腐蚀

1.2.4 应力腐蚀

1.3 镁及镁合金的腐蚀机理

1.4 溶液中存在的离子对金属腐蚀的影响

1.4.1阴离子对镁及镁合金腐蚀的影响

1.4.2阳离子对金属腐蚀的影响

1.5 本课题的选题意义和主要研究内容

1.5.1 本课题选题意义

1.5.2 本课题主要研究内容

第二章 不同阳离子对镁在含10 mM Cl?溶液中腐蚀行为的影响

2.1 前言

2.2 实验方法

2.2.1 实验材料及试样制备

2.2.2 化学试剂及实验仪器

2.2.3 电化学测试

2.2.4 浸泡腐蚀测试

2.3 实验结果

2.3.1 动电位极化曲线测试

2.3.2 电化学阻抗谱测试

2.3.3表面形貌和成分分析

2.3.4截面形貌分析

2.3.5失重腐蚀测试

2.4机理分析与讨论

2.4.1 镁在NaCl溶液中的腐蚀

2.4.2 镁在阳离子氯化物溶液中的腐蚀机理

2.5 本章小结

第三章 不同阳离子对镁在含100 mM Cl?溶液中腐蚀行为的影响

3.1 前言

3.2 实验方法

3.2.1 实验材料及试样制备

3.2.2 化学试剂及实验仪器

3.2.3 电化学测试及浸泡腐蚀测试

3.3 实验结果

3.3.1 动电位极化曲线测试

3.3.2 电化学阻抗谱测试

3.3.3表面形貌和成分分析

3.3.4截面形貌分析

3.3.5 失重腐蚀测试

3.4 机理分析与讨论

3.5 本章小结

第四章 混合阳离子对镁在含Cl?的硼酸缓冲溶液中腐蚀行为的影响

4.1 前言

4.2 实验方法

4.2.1 实验材料及试样制备

4.2.2 化学试剂及实验仪器

4.2.3 电化学测试及浸泡腐蚀测试

4.3 实验结果

4.3.1 动电位极化曲线测试

4.3.2 电化学阻抗谱测试

4.3.3 表面形貌和成分分析

4.3.4 截面形貌分析

4.3.5 失重腐蚀测试

4.4机理分析与讨论

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文