镁锰合金的腐蚀特性及其显微组织分析

王宇昕

(抚顺铝厂，辽宁抚顺113001)

摘　要：论述了镁—锰合金的腐蚀特性以及用金相显微镜分析镁—锰合金的显微组织及锰在镁基体中分布情况，主要观察锰有无偏析现象。

关键词：腐蚀特性；显微组织；偏析

1　前　言

抚顺铝厂在市场疲软，企业面临困境，被迫停产的情况下，积极寻求市场，开发了一种适应海水特殊介质用途的新型材料，这种材料要求有很好的耐腐蚀性。本文即为配合镁厂开发新项目以牺牲镁阳极为条件，借助金相显微镜分析镁—锰合金显微组织，使开发的新产品达到市场要求。

2　实验方法及实验结果

2.1　实验所需的仪器及药品

实验所需的仪器及药品如下：

(1)金相显微镜；

(2)抛光机；

(3)锉刀、铁锯、老虎钳；

(4)W280、W28号砂纸、粗细呢布、麂皮；

(5)氧化铝、氧化镁(研磨剂)；

(6)暗室处理所需设备及药品、相纸等；

(7)侵蚀剂：3%硝酸酒精溶液。

2.2　实验方法

(1)取样

用手锯锯取有代表性试样，高度为10～15mm，检验面边长或直径为15～20mm的方形或圆形。用锉刀除去1～3mm深的金属氧化层，然后进行砂纸磨制。

(2)磨制

试样切取后，需进行磨制，用W280、W28号砂纸进行磨制，以获得初步的平整光洁的表面，为下一步抛光做好准备。

(3)机械抛光

抛光是除去细磨后试样磨面上的均匀细微磨痕，使之成为光滑无磨痕的镜面。进行机械抛光的试样在细磨后，只允许留有单一方向均匀的细磨痕。

机械抛光分为粗抛光和细抛光。

为了避免镁—锰合金在抛光时发暗，将抛光液混溶于0.001mol的苛性钠溶液中。

①粗抛光是在转速为200～300min分的电动抛光盘上用粗呢绒进行的，粗抛光使用Al2O3研磨膏配成抛光液。

②粗抛光的试样用水洗净后进行细抛光，通过细抛光以求清除粗抛光所留下的磨痕，使磨面光亮平整。细抛光转速在150～200min。抛光液用MgO粉末配制。

为了得到更好的抛光效果，再选用MgO作抛光液的麂皮上手工抛光。

(4)侵蚀

使用3%硝酸酒精溶液制成的侵蚀剂侵蚀5～20s，清水洗后，再以酒精清洗，最后吹干。

2.3　显微组织观察

(1)镁—锰合金的化学成份

镁—锰合金的化学成份见表1。

 (2)组织观察结果

用金相显微镜观察试样表面，出现照片所显示的微观现象，可以看出：在200倍显微镜下，在晶粒边界和晶粒上出现了明显的点状和带状析出物，见图1。

图1　镁—锰合金金相组织  ×200

3　实验结果分析

(1)镁是自然界中分布最广的元素之一，镁的矿藏实际上是无限多的。但镁是一种比较活泼的金属，在其表面上不能象铝那样形成一层致密的氧化膜来保护它本身。当镁合金中含有锰时，能大大降低金属在熔融状态下的易氧化性，特别值得一提的是镁中添加适量的锰会提高合金的耐蚀性。

由图1看出，当合金中锰含量接近1.5%时，在海水中的腐蚀速度降为最低，所以镁—锰合金中锰含量一般控制在1.3%～2.5%之间。

图2为镁—锰二元系相图。由图可知在653℃时，液相与(α—Mn)发生包晶反应，生成α(Mg)固溶体：

L+(α—Mn)→α(Mg)

当温度降低时，锰在α(Mg)固溶体中溶解度迅速减小，不同温度对应锰在α(Mg)固溶体中溶解度见表2。

图2　锰含量对镁—锰合金在海水中耐蚀性能的影响

由于镁与锰不形成化合物，从固溶体中析出的(α—Mn)相实际上是纯锰。在镁—锰合金的组织中常出现锰的聚集物，称为锰偏析(见图3、图4)。镁合金铸锭成份的偏析和铝合金相似，也可以分为晶内偏析和区域偏析(或称带状偏析)两种。(α—Mn)相质硬而脆，呈颗粒状聚集。锰偏析能使合金在海水中或中性盐溶液中的耐腐蚀性变坏，因此生产中对锰偏析要予以控制。

                图3　镁—锰二元系相图                        图4　镁—锰合金中锰偏析   ×200

 (2)镁—锰合金的结晶结构为复杂立方晶格γ。镁—锰合金的几种主要合金牌号为：MA1、MA8、Mπ2。其中MA1、MA8属于镁锰为基体的变形合金，Mπ2属于以镁锰系为基体的铸造镁合金。(3)目前镁厂所研制的镁—锰合金主要成份为镁、锰两元素，其余成份则为千分之几含量(见表1)。是制造用于海水中的牺牲镁阳极。如果锰能在充分固溶于α(Mg)中的状态下结晶成为合金锭，则镁—锰合金的耐蚀性会大大提高。

(4)锰偏析确认：通过金相显微镜可以看出，目前镁厂所研制的镁—锰合金的显微组织为在镁基体上有明显的点状和带状析出物，通过合金成份分析排除其它生成类似的析出物的可能后，可以初步认定此析出物即为锰的偏析聚集物。为进一步验证结论，用EPM—810Q电子探针进行定性分析，对用金相显微镜观察到的点状及带状相进行MnkαX射线扫描(扫描结果见图6)，可见其部位锰含量明显高于基体中含量。从而可以定性地得出点状及带状相系锰的析出物无疑，由此可以进一步肯定通过金相分析得出的锰偏析结论是正确的。

  图5　合金缓慢冷却时在基面析出的锰的带状析出物×200      图6　电子探针的MnkαX射线扫描照片×600  

(5)锰偏析形成的原因：通过查阅有关的资料可以发现，在不同的冷却速度下，产生锰偏析的程度是不同的，有资料表明，当冷却速度减小时，锰偏析现象会加重，实验分析用的试样是在一般冷却条件下形成的实验锭，从以上实验分析可以发现其冷却速度明显较慢，这已经影响到了在冷却时的铸锭的微观组织，使铸锭难以达到预期的耐蚀性能。

4　建议及改进措施

合金的铸造过程中，冷却速度严重影响着铸锭的微观结构与性能，因此，要达到有关要求必需采用特殊的冷却处理，使铸锭的冷却速度有一个明显的提高，使锰在充分固溶的状态下迅速结晶而不析出。通过改进铸造工艺和提高冷却速度，使镁—锰合金的物理化学性能达到使用要求。