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研究背景

镁合金具有密度低、比强度高等优势，在交通、航空、电子与生物等领域潜力巨大，但其在含氯介质中腐蚀速率较高，限制了其在海洋环境与盐雾工况下的长期应用。AZ系镁合金因力学与加工性能较好而应用广泛，其中Al与Zn含量变化会显著改变第二相的类型、数量与分布，从而影响腐蚀动力学过程。然而，合金成分所致微观组织结构与电化学性能之间的构效关系尚需澄清。

本文亮点

图文解析

图1 镁合金的SEM图像：（a）AZ31，（b）AZ61，（c）AZ91，（d）AZ62，（e）AZ63

图2 镁合金在3.5 wt.% NaCl下浸没168小时的析氢（a，b）和质量损失速率（c，d）

图3 在3.5 wt.%的NaCl溶液中浸泡168小时后，镁合金在去除腐蚀产物的情况下，腐蚀表面（a-e）及对应的三维腐蚀形态（f-j）

图4镁合金在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡24小时测试的EIS结果及对应拟合曲线：（a，c）AZ31、AZ61和AZ91的Nyquist图和Bode图;（b，d）AZ61、AZ62和AZ63的Nyquist图和Bode图

图5 用于拟合镁合金EIS结果的动态过程及相应等效电路：（a）AZ31;（b）AZ61、AZ62和AZ63;（c）AZ91；（d-f）对应a-c等效电路

大量研究将Nyquist图中、低频存在的容抗弧和感抗弧分别归因于产物层和单价Mg离子。然而从电极过程动力学角度解释诱导的研究甚少。

用θ表示浸泡在溶液中AZ91表面无产物膜覆盖的比率，因此有腐蚀产物覆盖的面积比率可写为1−θ，用I_F表示电极表面的法拉第电流，经过动力学推导有：

因此，作为表面态变量的θ必然在阳极化或自由腐蚀态的情况下在Nyquist图中产生容抗响应。

考虑镁电极表面一价镁离子浓度为另一个状态变量C_Mg+，

可以得到关系：

因此，一价镁离子浓度作为另一个表面状态变量，可以合理解释镁合金在EIS响应中电感响应的存在。

图6 AZ63镁合金腐蚀机理示意图。

图6展示了基于上述结果得出的腐蚀机理。腐蚀初期往往发生在β相/共晶α相邻近区域：共晶α相及其邻近的α-Mg基体更易被优先溶解，表现为局部区域率先出现腐蚀坑与沟槽，并在氯离子作用下迅速向周围扩展。随着腐蚀推进，优先腐蚀区域不断扩大并相互连通，表面逐步被腐蚀产物覆盖；AZ63的腐蚀产物层在形成过程中更容易脱附，使得金属表面持续暴露于电解质中，因此AZ63具有较高的腐蚀速率。

总结与展望

（1）镁合金中铝和锌含量的增加分别促进了β-Mg₁₇Al₁₂相和共晶α相的析出。铝和锌的添加对镁腐蚀的阳极过程影响甚微，而对阴极过程影响显著。

（2）锌合金化促进的共晶α相析出，缓解了α-Mg晶粒与β-Mg₁₇Al₁₂相之间的微电偶腐蚀，从而使腐蚀更加均匀。此外，锌合金化会促进腐蚀产物的脱落，使更多镁合金表面暴露于电解质中，导致腐蚀加剧。

（3）EIS响应及电极过程动力学推导结果表明：腐蚀产物膜覆盖率（θ）和一价镁离子的活度（C_Mg+）是镁腐蚀阳极过程的两个状态变量。θ和C_Mg+分别在奈奎斯特图中产生容抗响应和感抗响应。

作者介绍

通讯作者：李佳润，青岛科技大学副教授，博士生导师。中国腐蚀与防护学会腐蚀电化学及测试方法专业委员会委员，山东省腐蚀与防护学会暨青岛市腐蚀与防护学会理事，山东省核学会理事。研究方向为海洋环境中金属的腐蚀机理、海洋工程钢结构防腐技术等。先后主持国家自然科学基金、山东省重点研发计划、山东省重大科技创新工程子课题、山东省自然科学基金面上项目、青岛市关键技术攻关等项目，在Corrosion Science，Journal of Materials Science & Technology等国际高水平期刊发表论文30多篇，授权发明专利/实用新型20余项。课题组长期招聘博士后与硕博研究生，欢迎有金属材料、化学相关学术背景的青年才俊加入！