上海交通大學
吳國華教授和丁文江院士等人最新研究表明，在不同冶金條件下（鑄態、淬火態、峰時效態），添加微量As元素可以顯著提高了AZ91合金的耐蝕性，這主要是與β相分佈狀態、陰極毒化、熔體淨化以及局部腐蝕發生率降低有關。相關論文以題為“ Influence of trace As content on the microstructure andcorrosion behavior of the AZ91 alloy in different metallurgical conditions ”於3月4日發表在Journal of Magnesiumand Alloys上。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221395672030013X
AZ91合金由於其良好的鑄造能力和高屈服強度成為使用最廣泛的鎂合金之一。提高AZ91合金的耐蝕性具有重要的工程應用價值。目前已有很多關於Y，Ce，La，Ca，Si，Sb，Sm等元素的微量添加對AZ91合金耐蝕性的影響研究，但都只是通過添加合金元素來改變相結構，減少雜質元素對腐蝕的影響而降低了腐蝕速率，而對鎂合金中陽極或陰極動力學限制的研究卻很少。所以迫切需要進一步改善腐蝕性能，以擴大鎂合金的應用範圍。
在這項工作中，研究人員依據砷可以延緩純鎂的陰極動力學，在鎂合金中添加As可能會改變不同原子之間的相互作用，從而形成不同的腐蝕機理。為了全面瞭解As合金化對AZ91合金微觀組織演變及腐蝕行為的影響，從而更好地開發添加微量As的高耐蝕性AZ91合金，本文系統研究了鑄態，淬火和峰值時效條件下As含量（x = 0.04、0.05和0.06wt％）對AZ91合金顯微組織和腐蝕行為的影響。
圖1. 不同As含量的鑄態AZ91合金的XRD圖譜
圖2. AZ91-xAs合金金相顯微組織
圖3.鑄態AZ91-xAs合金(x = 0，0.0 5)的掃描電鏡和能譜分析結果。(a)基體合金，(b)0.05As合金，(c)0.0 6As合金的掃描電鏡背散射顯微組織；(d)AZ91-0.0 5As合金的高倍掃描電鏡背散射顯微組織和1點、2點和3點的能譜結果
圖4. AZ91-xAs合金在3.5wt%NaCl中浸泡72小時後的典型腐蝕表面宏觀組織
圖5. AZ91-xAs合金在3.5 重量%NaCl溶液中的阻抗譜 (a)1 h；(b)30 h
圖6. AZ91-xAs合金在3.5wt%NaCl溶液中浸泡1h和30h的BODE圖譜
圖7. AZ91-xAs在3.5wt%NaCl溶液中浸泡1h和30h的極化曲線。(a)鑄態合金；(b)T4合金；(c)T6合金。
圖8. AZ91-xAs合金在3.5wt%NaCl中浸泡72小時後腐蝕的SEM形貌。(a) 鑄態AZ91合金；(b)鑄態AZ91-0.04As合金；(c)鑄態AZ91-0.05As合金；(d)鑄態AZ91-0.06As合金，(e)T4AZ91-0.05As合金；(f)T6AZ91-0.05As合金
圖9. AZ91-xAs合金在3.5At%NaCl中浸泡72 h後截面形貌的掃描電鏡圖像(a)鑄態AZ91合金；(b)鑄態AZ91-0.05As合金；(c)T6AZ91合金；(d)T6AZ91-0.05As合金
總體說來，這項工作首次研究了不同冶金條件下微量As對AZ91合金組織和腐蝕行為的影響。研究發現，在AZ91合金中，α相和β相在腐蝕行為中起著重要作用。含As的鑄態AZ91合金中含有β相Mg17Al12和Mg3As2相。隨著As含量的增加，β相不連續程度增加。β相在T4合金中溶解到α基體中，時效後沿晶界再析出，不同冶金條件下的耐蝕性大小順序為T6>鑄態>T4。另外，As很容易與富Fe相結合抑制HER，從而大大降低了陰極動力學。與此同時，儘管文章中主要是針對AZ91合金，該方法有望在不同Mg合金等其他商用合金中得到廣泛運用。這項技術如果得以推廣，將有利於獲得性能優異的耐蝕性鎂合金，從而擴大鎂合金的應用範圍。（文：馮馮）
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