Mg-Li-Ca合金腐蚀机理及动力学表征

曾荣昌 山东科技大学

金属及其合金表面氧化膜和腐蚀产物膜结构决定了其耐蚀性能。镁合金作为一种新型结构和功能材料，其腐蚀的科学本质问题如腐蚀产物膜、多相合金同时发生腐蚀的数理表达等一直未能被清楚地认识和给出，是目前腐蚀科学领域的研究前沿和热点之一。其中，Mg-Li合金作为最轻的金属结构材料，在生物医用领域具有重要应用前景。

通过EPMA、XPS、SEM、EDS、XRD等现代表面分析技术，研究发现双相Mg-9.29Li-0.88Ca合金微观组织结构特征，即：由α-Mg，β-Li和Mg₂Ca组成，其中Mg₂Ca相位居α/β相界面α相一侧。

双相Mg-Li-Ca合金表面自然氧化膜具有四层结构：最外层主要为富Li的化合物(Li₂O, LiOH和Li₂CO₃)，第二层主要为Li和Mg的氧化物、氢氧化物和碳酸盐（LiOH, Li₂O₂,Li₂CO₃, MgCO₃和 LiH）组成，第三层为Li和Mg的氧化物(Li₂O₂,Li₂O, MgO和CaO)，最里层为在晶界上和α-Mg，β-Li相中的氧化物。

Mg-9.29Li-0.88Ca合金因为挤压变形，其机械性能，包括UTS、YS、EL和耐蚀性能都有所提高。腐蚀形态由铸态合金的点蚀变为挤压态合金的全面腐蚀。在铸态合金表面发生点蚀需要一段很长的潜伏期，然而，对于挤压态合金，由于产生的腐蚀产物堵塞了自然氧化物的微裂纹，所以发生全面腐蚀。

双相Mg-Li-Ca合金腐蚀机制示意图

(a)铸态合金表面腐蚀产物膜剥落是由于膜内有应力存在，内表面暴露于溶液中，(b)挤压态合金表面膜的塞状通道被LiOH, Mg(OH)₂, CaCO₃ and MgCO₃化合物封闭堵塞

该项研究明确了Ca、Li元素在Mg-Li-Ca合金中的作用，提出了Mg合金表面腐蚀产物膜PB比的新概念和物理模型，运用这一理论很好地解释了晶粒细化对Mg-Li-Ca合金腐蚀形貌由点蚀向均匀腐蚀转变的影响，提出了基于体积分数的双相Mg-Li合金腐蚀表征数学模型。

此项研究同时提出的两个理论，有助于加深腐蚀产物膜对合金腐蚀动力学影响的理解。

此研究受到国家自然科学基金（51241001）等项目资助。论文已经发表在《腐蚀科学》(Corrosion Science, 79, 2014: 69-82.)。该文在审稿过程中和发表后受到国际同行的关注。近日收到Elesvier通知，该文可以在3月26日前自由获取（Free access to your article）。    

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