鎂-鋰合金表面腐蝕防護(hù)研究要點(diǎn)

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1、高等化工熱力學(xué)大作業(yè)鎂-鋰合金表面腐蝕防護(hù)進(jìn)展摘要鎂鋰合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，除了具有一般鎂合金的高比剛度、高沖擊韌性、良好切削加工性等優(yōu)點(diǎn)外，鎂鋰合金還具有密度小、塑性好、易加工以及優(yōu)良的電磁屏蔽等性能。但是鎂鋰合金的耐蝕性能極差，嚴(yán)重限制了該合金的實(shí)際應(yīng)用。簡(jiǎn)單描述了金屬的腐蝕原理。綜述了近5年來國內(nèi)外鎂鋰合金表面防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展，包括化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、電鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積、有機(jī)–無機(jī)雜化涂層和熱壓技術(shù)等。關(guān)鍵詞：鎂鋰合金，腐蝕原理，表面處理10高等化工熱力學(xué)大作業(yè)1前言近年來，環(huán)境能源問題日益受到人們的關(guān)注。在能源日漸緊張的今天

2、，鎂合金材料的研制引起了各國廣泛的關(guān)注。美國、德國、日本、韓國和中國等都制定了鎂合金的研發(fā)計(jì)劃，有力地推動(dòng)了鎂合金的研究與應(yīng)用。在眾多鎂合金體系中，鎂鋰合金作為一種性能優(yōu)異的新型變形輕金屬結(jié)構(gòu)材料，更為各國所矚目，成為研究的熱點(diǎn)。鎂鋰合金是目前最輕質(zhì)的合金。鎂的密度為1.74g/cm3，鋰的密度為0.53g/cm3，在鎂中加入合金化元素鋰，可使合金的密度降低到1.35-1.65g/cm3，為鋁合金系的1/2-2/3，為普通鎂合金的3/5-3/4，比玻璃橡膠等許多無機(jī)物及有機(jī)物還輕。鎂鋰合金不僅具有一般鎂合金所具備的良好的阻尼減震性、導(dǎo)熱性、電磁屏

3、蔽性、抗高能粒子穿透能力以及機(jī)加工性能優(yōu)良、易回收等特點(diǎn)，而且還具有高比強(qiáng)度、比剛度、彈性模量和良好的高、低溫韌性，在航空、航天、汽車、產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，鎂鋰合金的大量使用尚有自身需克服的問題。例如合金熔煉困難，強(qiáng)度低，熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性差等。其中，限制鎂鋰合金應(yīng)用的最大障礙是其極差的抗腐蝕能力。由于鋰的活性很高，合金化元素鋰的加入使合金的耐腐蝕性極差，低于其他種類鎂合金，采用適當(dāng)?shù)谋砻娣雷o(hù)能夠提高鎂鋰合金的耐蝕性。2金屬電化學(xué)腐蝕傾向的判斷人類的經(jīng)驗(yàn)表明，一切自發(fā)過程都是有方向性的。過程發(fā)生之后，它們都不能自動(dòng)的

4、回復(fù)原狀。例如，把鋅片浸入稀的硫酸銅溶液中，將會(huì)自動(dòng)發(fā)生取代反應(yīng)，生成銅和硫酸鋅溶液。但若把銅片放入稀的硫酸鋅溶液里，卻不會(huì)自動(dòng)的發(fā)生取代反應(yīng)，也即逆過程不能自動(dòng)發(fā)生。又如電流總是從高電位的地方向低電位的地方流動(dòng)；熱的傳遞也總是從高溫物體流向低溫物體，反之是不能自發(fā)進(jìn)行的。所有這些自發(fā)變化的過程都有一個(gè)顯著的特點(diǎn)——不可逆性。2.1腐蝕反應(yīng)自由能的變化與腐蝕傾向金屬腐蝕過程一般都是在恒溫恒壓的敞開體系下進(jìn)行，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可以通過自由能的變化（）來判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度。對(duì)一個(gè)任意的化學(xué)反應(yīng)，它的平衡條件為其中對(duì)于反應(yīng)物而言取負(fù)值，對(duì)

5、于生成物來說則取正值。在恒溫、恒壓條件下腐蝕反應(yīng)總自由能的變化為：10高等化工熱力學(xué)大作業(yè)因此當(dāng)過程自發(fā)進(jìn)行；平衡狀態(tài)；過程逆向進(jìn)行。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，腐蝕過程是由金屬與其他周圍的介質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)熱力學(xué)上不穩(wěn)定的體系，該體系有從不穩(wěn)定趨向向穩(wěn)定的傾向。這種傾向的大小可以通過腐蝕反應(yīng)自由能的變化來衡量。對(duì)于各種金屬，這種傾向是很不相同的。若腐蝕反應(yīng)可能發(fā)生，自由能變化的負(fù)值愈大，一般表示金屬愈不穩(wěn)定。如則表示腐蝕反應(yīng)不可能發(fā)生，自由能變化的正值愈大通常表示金屬愈穩(wěn)定。值得指出的是，用計(jì)算值得到的金屬腐蝕傾向的大小并不腐蝕速度的大小。也就是說，具有較高

6、負(fù)值的，也并不一定表示具有較高的腐蝕速度。因?yàn)樗€取決于各種因素對(duì)反應(yīng)過程的影響。因此為負(fù)值時(shí)，腐蝕反應(yīng)速度可大可?。欢鵀檎禃r(shí)，可以肯定，在所給條件下，腐蝕反應(yīng)將不可能發(fā)生。2.2可逆電池電動(dòng)勢(shì)和腐蝕傾向從腐蝕的電化學(xué)原理出發(fā)，金屬的腐蝕傾向也可以用腐蝕過程中主要反應(yīng)的腐蝕電池電動(dòng)勢(shì)來判別。從熱力學(xué)可知，在恒溫恒壓下，可逆過程所做的最大非膨脹體積功等于反應(yīng)自由能的減少。即為非膨脹功。如果非膨脹功只有電功一種，則式中Q——電池反應(yīng)提供的電量，C；E——電池電動(dòng)勢(shì)，V；n——反應(yīng)的電子數(shù)；F——法拉第常數(shù)。由此可得：上式表明，可逆電池所做的最大功（

7、電功）等于該體系的自由能減少。所謂的可逆電池，它需滿足如下條件：a.電池中的化學(xué)反應(yīng)必須是可逆的；b.可逆電池不論在放電或者是充電時(shí)，所通過的電流必須十分小，亦即電池應(yīng)該在接近平衡狀態(tài)下充電或者是放電。10高等化工熱力學(xué)大作業(yè)因此，腐蝕反應(yīng)的自由能變化也可以用下式表示：式中——腐蝕電池中陰極反應(yīng)的平衡電位；——腐蝕電池中陽極反應(yīng)的平衡電位。由于腐蝕反應(yīng)必須在時(shí)，才能自發(fā)進(jìn)行。因此腐蝕電池中這對(duì)電極相互耦合的能量條件是可見，若金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比介質(zhì)中某氧化劑物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位更負(fù)時(shí)，腐蝕可能發(fā)生，反之變不可能發(fā)生。3提高鎂鋰合金耐表面防護(hù)的措施3

8、.1化學(xué)轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化是采用化學(xué)處理液，在金屬表面形成氧化物或金屬化合物鈍化膜。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜較薄，結(jié)合力較弱，只能減緩腐蝕速度，并不能有效地