Исследование электрохимической коррозии магниевого сплава

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13250 (2023) Цитировать эту статью

360 доступов

Подробности о метриках

Разработка стратегий предотвращения коррозии на границе раздела разнородных металлических сплавов является сложной задачей из-за наличия неоднородного распределения гальванических пар и микроструктурных особенностей, которые существенно изменяют скорость коррозии. Разработка стратегий по смягчению этой межфазной коррозии требует количественного и корреляционного понимания ее поверхностной электрохимической реакции. В этой работе сканирующая электрохимическая импедансная микроскопия (SECCIM) использовалась для изучения локальной коррозии в межфазной области разнородных сплавов, таких как AZ31 (магниевый сплав) и DP590 (сталь), сваренных с использованием метода разметки с трением и перемешиванием (рис. БЫСТРЫЕ) процессы. Здесь SECCM и SECCIM использовались для выполнения корреляционного картирования спектроскопической и потенциодинамической поляризации локального электрохимического импеданса для измерения влияния электронных и микроструктурных изменений в межфазной области сварки на кинетику коррозии. Микроструктурная характеристика, включая сканирующую электронную микроскопию и дифракцию обратного рассеяния электронов, была проведена для корреляции изменений в микроструктурных особенностях и химических свойствах с соответствующими электронными свойствами, которые влияют на коррозионное поведение. Изменения потенциала коррозии, плотности тока коррозии и поведения спектроскопии электрохимического импеданса на границе раздела дают более глубокое понимание межфазной области, которая химически и микроструктурно отличается как от голого AZ31, так и от DP590, что может помочь предотвратить коррозию в разнородных металлических конструкциях.

Методы сканирующего зонда высокого разрешения, такие как сканирующая электрохимическая микроскопия (SECM) и метод сканирующего вибрирующего электрода (SVET), были разработаны для изучения границ раздела жидкость-электролит и кинетики переноса электронов. SECM использует микроэлектрод, погруженный в электролит, для исследования свойств переноса электронов подложки, тогда как SVET использует вибрирующий микроэлектрод для измерения потенциодинамических градиентов над поверхностью. Поскольку микроэлектроды в СЭХМ и СВЭТ обычно используются на постоянной высоте (особенно для визуализации), они не так чувствительны к изменениям фарадеевского тока на границах зерен или микроструктуре1. Несмотря на то, что некоторые улучшения СЭХМ увеличивают разрешение, достаточное для выявления границ зерен2,3, у него есть ограничения из-за диффузионного уширения при визуализации, поскольку микроэлектрод не контактирует с образцом4. Недавно разработанные микроскопические методы измерения коррозии на основе капель, такие как сканирующая электрохимическая ячейковая микроскопия (SECCM), используются для регистрации электрохимических реакций в локализованных или ограниченных областях, что позволяет выполнять зондирование границ зерен, дефектов и микроструктур с высоким разрешением5,6,7,8. Микроскопический зонд (диаметром < 1 мкм) с одно- или двухцилиндровым каналом заполняется жидким электролитом и используется в качестве наконечника для измерений. На конце наконечника в качестве точки контакта с подложкой используется капля, образованная за счет поверхностного натяжения. Зондовые методы высокого разрешения, такие как SECCM, имеют преимущества регистрации электрохимических сигналов от микроскопических особенностей металлических материалов, таких как ориентация зерен, границы зерен, вторые фазы и специфические свойства осадка, что позволяет проводить измерения с привязкой к конкретному месту5,9,10. Кроме того, SECCM обеспечивает контролируемое время воздействия подложки/электролита, что особенно важно для образцов, склонных к коррозии11,12.

Сварка трением с перемешиванием (FSW) — это метод твердофазного соединения, широко используемый для соединения одинаковых и разнородных материалов13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. В настоящее время FSW используется в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая, судостроительная и железная дорога24,25,26. Недавно были предприняты попытки соединить разнородные материалы с большой разницей температур плавления, такие как сплавы Al со сталью27 и сплавы Mg со сталью, с использованием новой технологии разметки с помощью трения и перемешивания (FAST)23. В этом процессе разметчик на конце кончика инструмента создает механические свойства для соединения двух материалов. В процессе FAST в зоне сварки развивается ряд микроструктурных зон, включая зону перемешивания (SZ), зону термомеханического воздействия и зону термического воздействия. Каждая зона подвергается различному термомеханическому процессу и приобретает различную зернистую структуру, плотность дислокаций, распределение вторых фаз и характеристики выделений. Кроме того, микроструктурные особенности соответствующих зон определяют индивидуальную предрасположенность к коррозии28,29. Интенсивная сила сдвига и нагрев трением приводят к тому, что SZ приобретает наиболее тонкую и сложную микроструктуру, что еще больше усложняет коррозионное поведение SZ30. Было проведено несколько исследований для изучения коррозионных свойств соединений магния и стали, в которых в основном использовались методы объемной потенциодинамической (ПД) поляризации для изучения коррозионной стойкости всего образца, содержащего межфазную область. Гупта и др. исследовали коррозионные свойства газовой вольфрамовой дуговой сварки (GTAW), легированной аустенической нержавеющей сталью 304L. В зоне сварного шва наблюдались фазы аустентита и феррита с различной объемной долей, что приводит к различным коррозионным свойствам (т.е. коррозионной стойкости и питтинговой коррозии)31. Сидху и др. использовали методы объемной коррозии, чтобы понять влияние процесса FSW на соединение сплавов Al и Mg, что позволило предположить, что методы FSW обеспечивают более высокую коррозионную стойкость на основании поляризационных кривых PD32. Чжан и др. изучили влияние никелевых покрытий на нержавеющую сталь DP590 и 304 и обнаружили увеличение коррозионной стойкости33. Эти исследования показывают, что соединяемая часть двух подобных металлов имеет различные электронные свойства, которые влияют на соединяемый металл в целом. Ким и др. изучили влияние добавления Al на соединения AZ31B, сваренные трением с перемешиванием, и обнаружили улучшение коррозионной стойкости соединения на 55%, при этом коррозионная стойкость оценивалась с помощью сбора H2 и метода объемного PD34. Эти авторы предположили, что непрерывное образование частиц Mg17Al12 на месте и их распределение вдоль границ зерен могло способствовать повышению коррозионной стойкости. Однако не было предоставлено никаких электрохимических данных границ зерен с присутствием частиц Mg17Al12, подтверждающих это предположение.