采用析氢测量、失重测试、阴极极化曲线、电化学阻抗谱和腐蚀形貌观察等方法研究Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在NaCl和Na₂SO₄溶液中的腐蚀行为。结果表明，Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在0.6 mol/L NaCl溶液中的腐蚀速率远高于0.6 mol/L Na₂SO₄溶液。在NaCl溶液中Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金表面迅速形成针状氧化膜，随着浸泡进行氧化膜变厚，出现大量微裂纹；在Na₂SO₄溶液中Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金浸泡初期氧化膜较薄，随着浸泡进行氧化膜呈絮状特征，腐蚀产物层观察到明显硫富集。腐蚀形貌结果显示，Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在NaCl溶液中α-Mg基体优先腐蚀，腐蚀较深，呈现局部腐蚀特征，而在Na₂SO₄溶液中第二相优先腐蚀，腐蚀较浅，腐蚀程度相对均匀。基于上述结果，从氧化膜形成和电偶腐蚀方面讨论了Cl^-和SO对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金腐蚀行为的影响机制。

关键词：稀土镁合金,  腐蚀行为,  第二相,  氧化膜,  电偶腐蚀

图1   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金表面SEM形貌及EDS元素面扫结果

Fig.1   SEM image (a) and magnified image (b) of the surface of cast Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy, and EDS elemental mapping results (c)

图2   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡7 d时的析氢量、析氢速率和平均腐蚀速率

Fig.2   Hydrogen evolution amounts (a), hydrogen evolution rates (b) and average corrosion rates (c) of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy during immersion in 0.6 mol/L NaCl solution and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution

图3   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡不同时间后的阴极极化曲线

Fig.3   Cathodic polarization curves of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy after immersion for 1-24 h in 0.6 mol/L NaCl solution (a) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (b)

图4   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中Icorr值随浸泡时间演变的柱状图

Fig.4   Histograms of Icorr of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy during immersion for different time in 0.6 mol/L NaCl solution and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution

图5   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡不同时间的Nyquist图、Bode模值图和Bode相角图

Fig.5   Nyquist (a, d), Bode module (b, e) and Bode phase angle (c, f) plots of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy immersed for different time in 0.6 mol/L NaCl solution (a-c) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (d-f)

图6   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡时EIS的等效电路图

Fig.6   Equivalent circuit diagrams for EIS of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy during immersion in 0.6 mol/L NaCl solution (a) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (b)

图7   Rp随浸泡时间的变化曲线

Fig.7   Rp vs. time curves for Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy during immersion in two solutions

图8   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡不同时间后的表面形貌

Fig.8   Surface morphologies of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy immersed in 0.6 mol/L NaCl solution (a-d) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (e-h) for 1 h (a, e), 3 h (b, f), 6 h (c, g) and 24 h (d, h)

图9   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡24 h后的截面腐蚀形貌及其EDS元素面扫图

Fig.9   Cross-sectional morphologies of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy immersed in 0.6 mol/L NaCl solution (a, b, e) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (c, d, f) for 24 h (a, c), and corresponding EDS element mappings (b, d, e, f)

图10   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡不同时间后的SEM表面形貌以及浸泡24 h后表面EDS元素面扫图

Fig.10   SEM surface morphologies of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy immersed in 0.6 mol/L NaCl solution (a-d) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (e-h) for 1 h (a, e), 6 h (b, f), 12 h (c, g) and 24 h (d, h), and EDS element mappings of the samples immersed for 24 h (i, j)

图11   Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金分别在0.6 mol/L NaCl溶液和0.6 mol/L Na₂SO₄溶液中浸泡24 h后的截面腐蚀形貌

Fig.11   Cross-sectional morphologies of Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr alloy after immersion in 0.6 mol/L NaCl solution (a, b) and 0.6 mol/L Na₂SO₄ solution (c, d) for 24 h

(1) 析氢分析、失重结果和电化学测试表明，Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在0.6 mol/L NaCl溶液中的腐蚀速率高于0.6 mol/L Na₂SO₄溶液。

(2) 氧化膜分析表明，在NaCl溶液中Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金表面可以迅速形成针状氧化膜，随着浸泡进行氧化膜变厚，呈扁平状，同时出现大量裂纹；在Na₂SO₄溶液中Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在浸泡初期氧化膜较薄，随着浸泡进行氧化膜呈絮状特征，同时腐蚀产物层存在明显S元素富集。

(3) 表面腐蚀形貌表明，在0.6 mol/L NaCl溶液中Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的α-Mg基体被腐蚀，而在Na₂SO₄溶液中合金第二相被腐蚀。截面形貌表明，Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在NaCl溶液中腐蚀较深，呈现典型局部腐蚀特征，而在Na₂SO₄溶液中腐蚀较浅，腐蚀程度相对均匀。

(4) Mg-10Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在NaCl溶液中α-Mg基体为阳极，第二相作为阴极，发生严重电偶腐蚀，导致α-Mg基体优先被腐蚀。在Na₂SO₄溶液中腐蚀相对均匀，电偶腐蚀被抑制；同时第二相与SO发生反应导致其优先腐蚀溶解，产生大量的稀土和锌氧化物以及ZnS共同推动了致密氧化膜形成，提高了合金在Na₂SO₄溶液中的耐蚀性。

蔡科涛, 季磊, 张震, 冯强, 邓伟林, 兰贵红, 何莎, 赵占勇, 白培康. Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在NaCl和Na₂SO₄ 溶液中腐蚀行为研究. 中国腐蚀与防护学报[J], 2025, 45(5): 1289-1299 DOI:10.11902/1005.4537.2024.390

CAI Ketao, JI Lei, ZHANG Zhen, FENG Qiang, DENG Weilin, LAN Guihong, HE Sha, ZHAO Zhanyong, BAI Peikang. Corrosion Behavior of Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy in NaCl and Na₂SO₄ Solutions. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2025, 45(5): 1289-1299 DOI:10.11902/1005.4537.2024.390