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铈离子对镁合金的缓蚀作用研究

曹献龙  李雨洹  田玮维  周志勇  杨友坤  邓洪达  余大亮  兰伟  
【摘要】:研究了在含有不同浓度铈离子的0.05 M氯化钠溶液中经过不同时间浸泡后镁合金AZ91D的缓蚀行为。采用场发射扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等手段对缓蚀前后镁合金的表面形貌、表面组成和相结构进行了表征。同时借助开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试分析了浸泡过程中镁合金的电化学缓蚀行为。结果表明:铈盐是一种有效的阳极型镁合金缓蚀剂,缓蚀效率可达90%以上。铈离子的缓蚀作用主要是通过在镁合金表面形成浅黄色的双层缓蚀膜层实现,其中外层膜表现为疏松多孔且附着力差,而内层则比较致密且附着力好,缓蚀效果的增强主要依靠内层作用。铈离子浓度和浸泡时间对缓蚀膜的形貌、结构和缓蚀性能起着重要作用。当铈离子浓度为0.00、0.05和0.10 mM时,镁合金表面无明显成膜,表面还存在较多的腐蚀凹坑。当铈离子达到0.50mM浓度时,镁表面可形成缓蚀薄膜,但均匀性较差,膜层微观结构中还有许多孔洞。而铈离子浓度为1.00~2.00mM时,缓蚀膜层较厚,均匀连续,其中1.00 mM时膜最为致密。较低的铈离子浓度有利于薄膜的形成,而高浓度的铈离子可能会导致过量的铈沉淀,进而会产生更多的缺陷沉积物,造成局部电偶的增加。开路电位随铈离子含量的增加而正移,说明铈主要起到抑制阳极的作用。当铈离子浓度达到2.00 mM时,电位正移大于200 mV。浸泡时间超过24小时后,随着时间的推移,镁合金在不同溶液中的OCP几乎保持不变。当铈离子浓度为0.00~0.50 mM时,电位波动明显,电流密度随铈离子浓度增加降低,且电化学交流阻抗谱主要由高频区电容和低频区电感组成,与未加缓蚀剂的镁合金相比,铈离子加入后镁合金高频区电容弧直径增大,电荷转移电阻亦增大,且随着铈离子浓度增加其阻抗值逐渐增大,这可能是由于镁的溶解、氧化层的破碎、氯离子或铈离子的吸附所致。当铈离子浓度处于1.00至2.00 mM时,电位波动变得非常小,且电流密度也增加缓慢,这表明阳极和阴极反应之间达到了动态平衡,意味着缓蚀膜的全面覆盖;而此浓度范围内电化学交流阻抗谱则由高、低频区的两个电容组成,且两个容抗弧均随铈离子浓度的增加而减小,这表明铈离子浓度的进一步增加不能继续有效提升耐蚀性,反而会导致下降。缓蚀膜层的法拉第电阻及交流阻抗幅值均随浸泡时间的延长而增加,这可能是因为随着浸泡时间的延长,铈离子更多的有效成分被吸附在试样表面,膜层厚度逐渐增加,缺陷逐渐被覆盖而减少。

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