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中国有色金属学报

DOI: 10.11817/j.ysxb.1004.0609.2021-39759

稀土对AZ91镁合金腐蚀行为的影响

付晓雨1，贾瑞灵1, 2，张贵龙1，李  丹1，马  文1, 2，郭  锋1, 2

(1. 内蒙古工业大学 材料科学与工程学院，呼和浩特 010050；

2. 内蒙古自治区薄膜与涂层重点实验室，呼和浩特 010050)

摘 要：

将质量分数0.3%、0.9%稀土Y以及0.4%、1.0%(La, Ce)混合稀土分别添加到AZ91镁合金中，采用扫描电子显微镜(SEM)、扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)以及电化学测试技术研究镁合金的腐蚀行为。采用X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)测定腐蚀产物膜的组成和结构，明确不同类型、不同含量的稀土对AZ91镁合金腐蚀行为的影响规律。结果表明：两种稀土均可以减缓AZ91镁合金的腐蚀速率，提高合金的耐蚀性。不同类型稀土对AZ91镁合金腐蚀行为影响的差异一方面取决于析出相与基体之间的电势差，另一方面与稀土对镁合金组织结构及表面膜的影响机制有关。稀土La在腐蚀过程中参与生成的腐蚀产物增加了合金的表面膜的完整性，但表面膜的钝化能力不及含Y镁合金产生的钝化作用，稀土Y降低合金中β-Mg17Al12相的质量分数，减弱了其与镁基体的微电偶腐蚀作用。稀土Y提高AZ91镁合金耐蚀性的作用比(La, Ce)混合稀土更为明显。添加0.9%Y镁合金比添加0.3%Y镁合金的腐蚀速率更低、耐蚀性更好。添加0.4%(La, Ce)混合稀土的镁合金与添加1.0%(La, Ce)混合稀土镁合金的耐蚀性相差不大。

关键词：

稀土；AZ91镁合金；显微组织；电化学；腐蚀；

文章编号：1004-0609(2021)-07-1798-11　　     中图分类号：TG172.5　　     文献标志码：A

引文格式：付晓雨, 贾瑞灵, 张贵龙, 等. 稀土对AZ91镁合金腐蚀行为的影响[J]. 中国有色金属学报, 2021, 31(7): 1798-1808. DOI: 10.11817/j.ysxb.1004.0609.2021-39759

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镁合金因其密度低、比强度以及比模量高等优良特性，被广泛应用于汽车、3C、航空航天等多个领域[1]，但是镁合金的塑性变形能力差、耐蚀性差等缺点限制了它们的发展和更广泛的应用。提高镁合金的耐腐蚀性能是镁合金应用中需要解决的关键问题之一。有研究表明稀土合金化不但可以改善镁合金的成形性[2-3]，更重要的是可以提高镁合金的力学性能和耐蚀性能[4-10]。多数稀土元素在镁合金中的固溶度较大，其固溶度会随温度的降低显著减小，所以稀土元素对镁合金可以起到固溶强化和沉淀强化的效果，从而提升镁合金的常温力学性能。此外，稀土相本身具有较高的热稳定性，还有助于提高镁合金的高温力学性能。稀土的“净化杂质”、“减弱第二相阴极的作用”以及“增加表面膜稳定性”等作用是提高镁合金耐蚀性的原因。依据稀土添加量的不同，通常分为低稀土镁合金(稀土总量RE含量小于2%，质量分数)、中稀土镁合金(RE含量2%~6%)以及高稀土镁合金(RE含量大于6%)[11]。其中，低稀土镁合金包括通过稀土添加对传统镁合金进行改性的合金类型，比如在AZ系列或ZK系列中添加稀土元素，在不改变合金传统优势的前提下，进一步提高合金的耐热性及耐蚀性能。例如，将含Y混合稀土添加到AZ91镁合金中，压铸成电动车轮毂时发现，稀土不仅可提高镁合金轮毂的抗热裂能力，而且还可以提高其耐蚀性[12]。在AZ91D合金中添加1.0% La(质量分数)元素后，其塑性和耐蚀性均得到大幅度提高[13]。适量的稀土Ce可以提高AZ91D合金的力学性能、耐蚀性能以及耐磨性[14]。镁合金的耐蚀性一方面取决于腐蚀产物膜的致密性，另一方面受到镁合金内部的微电偶腐蚀的影响。腐蚀微电池的阴极相可以是镁合金中的析出相或其他杂质等[15]。析出相与基体之间的电势差往往作为发生微电偶腐蚀的判据，电位较高的析出相作为阴极，促进作为阳极的镁合金基体发生腐蚀[16-17]。近年来，一些研究发现微电偶腐蚀发生与否并非完全取决于两相的相对电势差。COY等[18]测试了时效处理后WE54合金中富Y相与基体的相对电势差，发现富Y相电势高于基体，在腐蚀过程中应该作为阴极相促进基体腐蚀，但从腐蚀形貌观察富Y相周围并没有明显的腐蚀现象。

前期的工作[19-21]已经明确了稀土Y或(La, Ce)混合稀土分别对AZ91镁合金在干湿交替腐蚀环境中腐蚀行为的影响，结果表明，这两种稀土都可以提高AZ91镁合金在干湿交替腐蚀环境中的耐蚀性。但是对于重稀土Y和轻稀土(La, Ce)对于AZ91镁合金在同等条件下耐蚀性的影响存在怎样的差别尚不明确。因此，本文目的是要了解两种不同稀土对AZ91镁合金腐蚀行为影响的差异性。

1  实验

1.1  实验材料

在AZ91镁合金中分别添加质量分数为0.3%、0.9%的稀土Y和0.4%、1.0%的(La, Ce)混合稀土，将Mg-20%Y及Mg-20%(La, Ce)中间合金与AZ91镁合金置于ZG-001型真空感应熔炼炉中并通入氩气进行保护，加热至730 ℃进行搅拌，保温30 min后自然冷却。表1所列为电感耦合等离子体(ICP)光谱仪检测的镁合金中主要合金元素的含量。

1.2  实验方法

采用扫描电镜(SEM，S-3400N)观察添加稀土前后AZ91镁合金的微观组织及其腐蚀形貌的变化。采用德国Zahner公司型号为Zennium电化学工作站进行极化曲线测试。电化学测试采用传统的三电极体系，铂片(Pt)为辅助电极，镁合金试样为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。动电位极化曲线扫描的电位范围为-2.0~-1.0 V，扫描速度为1 mV/s。析氢实验装置主要由酸式滴定管(25 mL)和漏斗组成。将镁合金样品固封在环氧树脂中，仅暴露一个面，暴露面积为1 cm2。极化曲线测试和析氢实验均在室温下进行，腐蚀介质为3.5%(质量分数)NaCl溶液。采用型号为D/MAX-2500/PC的XRD和型号为Kratos Amicus的XPS对镁合金的腐蚀产物进行分析。为了明确添加稀土元素前后AZ91镁合金中析出相与基体之间的相对电势差，采用型号为MultiMode8型扫描探针显微镜的扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)模块对合金进行微区电势扫描，对析出相与基体间的电势分布图及电势变化曲线进行分析。

2  结果与分析

2.1  稀土对AZ91镁合金组织结构的影响

图1所示为添加不同稀土前后AZ91镁合金的显微组织。由图1(a)可见，AZ91镁合金主要由α-Mg基体与沿晶界分布的骨骼状第二相β-Mg17Al12以及白色细小的AlMn相组成。对比图1(b)和(c)可知，添加稀土Y后AZ91镁合金中出现了大小不一的粒状相，添加0.9%Y的AZ91镁合金中粒状相的数量显然更多。前期的研究表明[22]，这些粒状相多数为Al2Y相，少数为Al10Mn2Y稀土相。添加稀土Y还会引起AZ91镁合金中β-Mg17Al12相发生碎化，稀土含量越高，β相的碎化越明显。图1(d)和(e)所示分别为添加0.4%、1.0%的(La, Ce)混合稀土的AZ91镁合金的微观组织。可见，添加(La, Ce)混合稀土的AZ91镁合金中出现了白色的针状相、短棒状相以及粒状相。针状和短棒状相均为Al4 (La, Ce)化合物，粒状为Al8Mn4Ce相[23]。但(La, Ce)混合稀土对β相的碎化作用不及稀土Y的作用明显，仍然有较多的骨骼状β相分布在晶界上。

表1  镁合金中主要合金元素的含量

Table 1  Chemical composition of Mg alloy

图1  添加不同稀土前后镁合金的显微组织

Fig. 1  Microstructures of Mg alloy before and after adding different rare earth

2.2  稀土对AZ91镁合金腐蚀行为的影响

2.2.1  稀土对AZ91镁合金腐蚀形貌的影响

图2所示为添加不同稀土的AZ91镁合金在3.5%NaCl溶液中浸泡48 h的腐蚀形貌。由图2(a)可见，AZ91镁合金表面堆积了较厚的腐蚀产物，其腐蚀程度明显比添加稀土合金时的严重得多。添加稀土Y的镁合金腐蚀形貌与AZ91镁合金差异明显，主要以分散的、尺寸更小的局部腐蚀为主(见图2(b)和(c))。添加0.3%Y与0.9%Y的AZ91镁合金腐蚀形貌略有差异，前者表面上的β相发生了脱落。关于β相脱落的原因，SONG等[24]认为β相与α相之间发生了微电偶腐蚀，β相促进α相边缘发生腐蚀使得α相失去对β相的包覆作用而脱落。添加0.9%Y的AZ91镁合金的局部腐蚀主要发生在α相内部，β相没有明显脱落。由图2(d)和(e)可见，添加(La, Ce)混合稀土后，镁合金表面比AZ91镁合金表面的腐蚀程度有所减轻，相比于添加Y的AZ91镁合金，含(La, Ce)混合稀土的镁合金表面腐蚀产物数量相对更多，不同含量(La, Ce)混合稀土镁合金腐蚀程度接近，稀土相Al4(La, Ce)没有引起微电偶腐蚀，局部腐蚀主要发生在AZ91镁合金的基体上。

图2  添加不同稀土前后镁合金在3.5%NaCl溶液中浸泡48 h的腐蚀形貌

Fig. 2  Corrosion morphologies of Mg alloy before and after adding different rare earth after immersion in 3.5% NaCl solution for 48 h

2.2.2  稀土对AZ91镁合金腐蚀动力学行为的影响

图3(a)所示为添加不同稀土的AZ91镁合金在3.5%NaCl溶液中的极化曲线。由图3(a)可见，不论添加稀土Y还是(La, Ce)混合稀土都能使AZ91镁合金的自腐蚀电位发生负移，极化曲线阴极分支的塔菲尔斜率变陡，表明阴极析氢速率有所减缓。除了添加1.0%(La, Ce)混合稀土的AZ91镁合金阳极分支呈活化溶解之外，添加0.3%Y、0.9%Y以及0.4%(La, Ce)镁合金的阳极分支均出现了弱钝化现象，添加0.9%Y的AZ91镁合金的钝化最为明显。极化曲线的拟合结果见表2。由表2可见，含稀土AZ91镁合金的腐蚀电流密度(Jcorr)降低了1个数量级，含稀土Y的镁合金比含有(La, Ce)混合稀土镁合金的Jcorr明显更低，表明稀土Y增强AZ91镁合金耐蚀性的效果更好。

当镁合金置于3.5%NaCl溶液中，电极表面对应的阴极析氢反应所产生的氢气量的多少通常被认为可以反映镁合金的腐蚀快慢[25]。图3(b)所示的析氢曲线是将镁合金浸泡于3.5%NaCl溶液中，记录11 h内(11 h为AZ91镁合金的析氢量达到25 mL的时间)不同镁合金的析氢量。由图3(b)可见，随着浸泡时间延长，添加稀土后AZ91镁合金的析氢量明显比未添加稀土的AZ91镁合金析氢量小，表明两种稀土均可以提高AZ91镁合金的耐蚀性。其中含0.9%Y镁合金的析氢量最小，表明添加0.9%Y对AZ91镁合金耐蚀性提升的效果比添加0.3%Y，0.4%、1.0%(La, Ce)混合稀土的效果更好。在浸泡前4 h内，添加0.3%Y镁合金的腐蚀速率比添加(La, Ce)混合稀土镁合金的腐蚀速率快，在5~8 h之间，三者的析氢量差别很小；浸泡时间超过9 h后，添加0.3%Y镁合金的腐蚀速率低于添加(La, Ce)混合稀土镁合金的腐蚀速率。添加0.3%Y镁合金腐蚀速率的演化过程，极有可能是其表面膜形成与消减竞争的结果。

图3  添加不同稀土前后镁合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀动力学

Fig. 3  Corrosion kinetics of Mg alloy before and after adding different rare earth in 3.5% NaCl solution

表2  添加稀土前后AZ91镁合金极化曲线的拟合结果

Table 2  Fitting results of polarization curves of AZ91 Mg alloy before and after adding rare earth

2.2.3  稀土对AZ91镁合金腐蚀产物膜组成和结构的影响

图4  镁合金表面腐蚀产物的XRD谱

Fig. 4  XRD patterns of corrosion products on surface of Mg alloy

稀土Y和(La, Ce)混合稀土的添加均可以提高AZ91镁合金的耐蚀性，耐蚀性提高的程度随稀土的种类和添加量有所不同。镁合金的腐蚀速率不仅取决于其化学成分和微观结构，还会受到其表面形成的腐蚀产物膜的影响。膜层的组成和结构直接决定了腐蚀产物膜的保护能力，而与膜层的厚度关联不是很大[25]。为了明确不同稀土对AZ91镁合金腐蚀产物组成和结构的影响，采用XRD对不同镁合金表面的腐蚀产物进行分析(见图4)。由图4可见，添加不同稀土的镁合金腐蚀产物都对应着较强的Mg(OH)2衍射峰，说明它们表面生成的腐蚀产物主要为Mg(OH)2。此外，在AZ91镁合金中检测到Al2O3(见图4(a))，在含Y镁合金的腐蚀产物中检测到了镁铝尖晶石相MgAl2O4、Mg17Al12以及Al2Y(见图4(b))。腐蚀产物中检测到Mg17Al12以及Al2Y相，印证了β-Mg17Al12等析出相的“脱落”现象。在含Y镁合金的腐蚀产物中没有检测到有稀土Y参与生成的腐蚀产物。添加(La, Ce)混合稀土的镁合金的 腐蚀产物中检测到了含La的氧化物或化合物(见图4(c))，这表明稀土La在腐蚀过程中参与生成了腐蚀产物。

图5  AZ91+0.9% Y合金在3.5%NaCl溶液中浸泡96 h后表面膜的XPS谱

Fig. 5  XPS spectra of surface film of AZ91+0.9% Y alloy immersed in 3.5%NaCl solution for 96 h

为了明确稀土Y是否参与生成腐蚀产物，采用XPS对添加0.9%Y的AZ91镁合金表面的腐蚀产物进行了分析。图5所示为添加0.9%Y的AZ91镁合金在3.5%NaCl溶液中浸泡96 h后表面腐蚀产物的XPS谱。除了对含Y镁合金腐蚀产物表面进行XPS检测外，还对该样品表面进行了200 s的氩气轰击处理，目的是检测腐蚀产物的次表层有无Y元素的存在。图5(a)所示为添加0.9%Y的AZ91的镁合金表面经过200 s氩刻前后的XPS全谱图。氩刻前后的全谱图没有明显差异，主要存在Mg、O、Al等元素，氩刻后，Mg、Al强度明显增强，O的强度明显降低。图5(b)所示为Y 3d氩刻前后的XPS谱，在浸泡96 h的样品表面没有检测到Y元素，经过200 s氩刻后仍然没有检测到Y元素的存在，可见稀土Y没有参与生成腐蚀产物。

2.2.4  添加不同稀土AZ91镁合金的局部电势分布

图6所示为添加不同稀土AZ91镁合金的SKPFM的测试结果。图6(a)所示为AZ91镁合金的局部形貌图，图6(b)所示为二维电势分布图，图6(c)所示为图6(b)中直线所经过区域的电势变化曲线。测量发现，α-Mg基体和β-Mg17Al12之间的电势差约为140 mV，AlMn相与基体之间的电势差约为335 mV，明显高于β-Mg17Al12与基体之间的电势差。添加稀土AZ91镁合金中的β相与基体α-Mg之间的电势差不同程度地增加，增加幅度在10~20 mV之间。添加0.3%稀土Y的镁合金与添加0.9%稀土Y的镁合金相比，其中块状稀土相(Al2Y相)和基体的电势差值最大，前者约为350 mV左右(见图6(d)~(f))，后者约为400 mV左右(见图6(g)~(i))。添加(La, Ce)混合稀土后合金中形成的针状稀土相Al4(La,Ce)，与基体之间的电势差为390~440 mV，块状稀土相Al8Mn4Ce与基体的电势差约为380 mV(见图6(j)~(o))。结合前期的研究结果[22-23]及图2的腐蚀形貌发现，尽管Al4(La, Ce)相与基体之间的相对电势差明显高于Al2Y与基体之间的相对电势差值，但Al4(La, Ce)相的阴极作用不明显。

3  结果与讨论

微电偶腐蚀是镁合金常见的腐蚀类型之一，通常认为是由于相间电位差引起的局部腐蚀。稀土Y是表面活性元素，加入到镁合金熔体中可以降低金属液面能，降低临界形核功，增加结晶核心[26]，因此，稀土Y细化α-Mg并减少β-Mg17Al12体积分数的效果非常明显(见图2(b)和(c))。加上Y在Mg中的极限固溶度较高(12.49%，质量分数)，部分稀土Y会固溶在AZ91镁合金中。另外一部分Y会形成Al2Y化合物，Al2Y化合物与镁基体的相对电势差值高达350~400 mV，在腐蚀中可以作为阴极相促进其周围的基体发生腐蚀[22-23]，由于合金中Al2Y的体积分数较少(见图2(c))，因其引起的微电偶腐蚀非常有限。添加0.3%稀土Y的镁合金中β-Mg17Al12与α-Mg之间仍然存在微电偶腐蚀，添加0.9%稀土Y后，AZ91镁合金中β-Mg17Al12的数量减少，尺寸也明显减小，它与α-Mg之间的微电偶腐蚀作用降低，因而，添加0.9%稀土Y的镁合金耐蚀性相对更高。在特定的腐蚀环境中，合金表面腐蚀产物膜的组成结构也会影响合金的耐蚀  性[27-29]。稀土Y虽然没有直接参与生成腐蚀产物，但添加Y后AZ91镁合金腐蚀产物膜中的Al含量增加，众所周知，Mg生成MgO的PBR值(Pilling-bedworth ratio，即金属元素与其生成氧化物的体积比)为0.81，由于PBR值偏小，MgO膜的致密性较差，Cl-等半径较小的腐蚀性阴离子可轻易穿过膜内的孔隙，故MgO膜基本上不能对镁基体产生明显的保护作用。而Al参与生成的氧化物的PBR值大于1，因此，腐蚀产物中Al的氧化物含量增加，有利于增加膜层的致密性，富Al表面膜的钝化能力强也会有利于耐蚀性能的提高。添加稀土Y的镁合金极化曲线的阳极分支出现了钝化现象(见图3(a))，表明稀土Y的确增加了AZ91镁合金表面的钝化能力，添加0.9%Y镁合金的钝化作用更为突出，因而耐蚀性更好。类似地，BAEK等[30]的研究也发现，Ｙ和Ca可以使镁合金表面发生钝化，増强表面膜的稳定性，从而提高了镁合金的耐腐蚀性能。

图6  添加不同稀土前后AZ91镁合金的局部高度图、电势图及电势变化曲线

Fig. 6  Local height diagram, potential diagram and potential variation curve of AZ91 Mg alloy before and after adding rare earth

低(La为0.74%，Ce仅为0.23%(质量分数))，所以(La, Ce)混合稀土添加到AZ91镁合金中，Al优先与稀土生成Al4(La, Ce)等化合物，因此，β-Mg17Al12的体积分数有所下降。由图1可知，(La, Ce)混合稀土对β-Mg17Al12的细化作用以及对其体积分数的影响显然不及添加稀土Y的作用明显。所以，添加(La, Ce)混合稀土的AZ91镁合金中β-Mg17Al12与基体α-Mg之间的微电偶腐蚀仍然是主要的腐蚀方式之一，即(La, Ce)混合稀土降低β-Mg17Al12与基体之间发生微电偶腐蚀的能力有限。由于针状相和短棒相Al4(La,Ce)的相对电位(390~440 mV)高于基体的相对电位，但其没有明显促进基体发生腐蚀的作用[23]，这是(La, Ce)混合稀土提高AZ91镁合金耐蚀性的主要原因之一。此外，添加(La, Ce)混合稀土的AZ91表面膜中除了Mg、Al的氧化物和氢氧化物以外还有稀土化合物La2O3生成，La2O3的PBR值大于1，表面膜中La2O3有利于增加表面膜的致密性和完整性。所以添加(La, Ce)混合稀土的AZ91镁合金表面膜相对AZ91合金更加致密和完整，提高了抗Cl-的穿透能力。ROSALBINO等[31]的研究也发现，稀土Er和Ce分别添加至AZ91D镁合金中，由于产物膜中存在稀土Er和Ce的氧化物，提高了镁合金表面膜的完整性与稳定性，从而抑制了Cl-与Mg(OH)2的结合。根据成相膜理论，腐蚀产物膜致密性的提高，能更好地把合金表面与腐蚀介质隔离，降低了合金的溶解速度，促进了合金的钝化。可见，(La, Ce)混合稀土不但能够通过改变AZ91镁合金的微观组织提高合金的抗腐蚀性能，同时也能在腐蚀过程中通过提高腐蚀产物膜的致密性来提高耐蚀性。但其表面膜的钝化能力不及含Y镁合金，因此，(La, Ce)混合稀土提高AZ91镁合金耐蚀性的能力不及稀土Y提高AZ91镁合金耐蚀性的能力强。

4  结论

1) 不同类型的稀土对AZ91镁合金腐蚀行为影响的差异性不仅取决于析出相与基体之间的电势差，还与稀土对镁合金组织结构及表面膜的影响机制有关。

2) 稀土Y比(La, Ce)混合稀土有更好的增强AZ91镁合金耐蚀性能的作用。添加Y的AZ91镁合金中主要的稀土相Al2Y与基体之间的相对电势差约为350~400 mV，添加(La, Ce)混合稀土后，Al4(La, Ce)相与基体之间的相对电势差虽然高达390~440 mV，但Al4(La, Ce)相的阴极作用不明显。虽然Al2Y作为阴极相促进了α-Mg的微电偶腐蚀，但稀土Y能够增加AZ91镁合金表面膜的钝化性能，使得合金的耐蚀性能有所提高。

3) 不同稀土含量的AZ91镁合金腐蚀速率不同。添加0.9%Y镁合金比添加0.3%Y镁合金的腐蚀速率更低，耐蚀性更好，这是因为添加0.3%Y镁合金中β-Mg17Al12数量多，而且由于微电偶腐蚀导致β相脱落的缘故，添加0.4%(La, Ce)混合稀土镁合金与添加1.0%(La, Ce)混合稀土镁合金的耐蚀性差别不大，这是由于两者的微观结构及表面膜组成没有明显差距的原因。

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Effects of rare earths on corrosion behavior of AZ91 Mg alloy

FU Xiao-yu1, JIA Rui-ling1, 2, ZHANG Gui-long1, LI Dan1, MA Wen1, 2, GUO Feng1, 2

(1. School of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010050, China;

2. Key Laboratory for Thin Film and Coatings of Inner Mongolia Autonomous Region, Hohhot 010050, China)

Abstract: 0.3%, 0.9% (mass fraction) rare earth Y and 0.4%, 1.0% (La, Ce) mixed rare earth were added to the AZ91 Mg alloy, respectively. Scanning electron microscopy (SEM), scanning Kelvin probe force microscopy (SKPFM) and electrochemical testing techniques were used to study the corrosion behavior of Mg alloy. X-ray diffraction (XRD) and photoelectron spectroscope (XPS) were used to determine the composition and structure of the corrosion product film. It was clarified that the influence of different types and contents of rare earth on the corrosion behavior of AZ91 Mg alloy. The results show that both rare earth elements can reduce the corrosion rate and improve the corrosion resistance of AZ91 Mg alloy. The effect of different types of rare earth on corrosion behavior of AZ91 Mg alloy depends not only on the potential difference between the precipitated phase and the matrix, but also on the influence mechanism of rare earth on the microstructure and surface film of Mg alloy. Rare earth La participates in the formation of corrosion products during the corrosion process, which increases the integrity of the surface film, but the passivation ability of the surface film is not as good as the passivation effect produced by the Y-containing Mg alloy. Rare earth Y reduces the mass fraction of β-Mg17Al12 phase in the alloy and weakens its micro-galvanic corrosion effect. The role of rare earth Y in improving the corrosion resistance is more obvious than that of (La, Ce) mixed rare earth. The corrosion rate of AZ91 Mg alloy with 0.9%Y addition is lower than that of Mg alloy containing 0.3%Y. The corrosion resistance of Mg alloy with 0.4% (La, Ce) mixed rare earth is similar to that of Mg alloy with 1.0% (La, Ce).

Key words: rare earth; AZ91 Mg alloy; microstructure; electrochemistry; corrosion

Foundation item: Project(51961029) supported by the National Natural Science Foundation of China

Received date: 2020-09-28; Accepted date: 2021-04-23

Corresponding author: JIA Rui-ling; Tel: +86-471-6575752; E-mail: jrl014014@163.com

 (编辑  龙怀中)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51961029)

收稿日期：2020-09-28；修订日期：2021-04-23

通信作者：贾瑞灵，教授，博士；电话：0471-6575752；E-mail：jrl014014@163.com

摘  要：将质量分数0.3%、0.9%稀土Y以及0.4%、1.0%(La, Ce)混合稀土分别添加到AZ91镁合金中，采用扫描电子显微镜(SEM)、扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)以及电化学测试技术研究镁合金的腐蚀行为。采用X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)测定腐蚀产物膜的组成和结构，明确不同类型、不同含量的稀土对AZ91镁合金腐蚀行为的影响规律。结果表明：两种稀土均可以减缓AZ91镁合金的腐蚀速率，提高合金的耐蚀性。不同类型稀土对AZ91镁合金腐蚀行为影响的差异一方面取决于析出相与基体之间的电势差，另一方面与稀土对镁合金组织结构及表面膜的影响机制有关。稀土La在腐蚀过程中参与生成的腐蚀产物增加了合金的表面膜的完整性，但表面膜的钝化能力不及含Y镁合金产生的钝化作用，稀土Y降低合金中β-Mg17Al12相的质量分数，减弱了其与镁基体的微电偶腐蚀作用。稀土Y提高AZ91镁合金耐蚀性的作用比(La, Ce)混合稀土更为明显。添加0.9%Y镁合金比添加0.3%Y镁合金的腐蚀速率更低、耐蚀性更好。添加0.4%(La, Ce)混合稀土的镁合金与添加1.0%(La, Ce)混合稀土镁合金的耐蚀性相差不大。

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