这可能是我们有史以来最不好看的封面图，但其实这就是镁合金自然氧化的状态：
空间内腐蚀镁合金样品
继中国减产铝之后，俄罗斯也减少了铝生产，作为全球两个最大的生产国，这莫不是要叫你用镁？但是这个颜值属实是成为爆款的障碍。
最近有一个词比较热门——CMF，（在设计和制造领域，CMF通常指产品的——Color, Material, and Finish。也就是色彩、材质和表面处理，很多知名企业都开始重视CMF中心建设和CMF工程师培养），足见表面处理在应用设计领域的重要性。
于镁，更为重要。
活泼如镁，表面功夫更要做足，表处理也是制约镁合金尚未成为“21世纪金属”的主要原因。总有人不信镁合金的时代会来，哪怕是行业内的人士也是如此，可能确实也是苦表面处理久矣。与铝不同，铝的表面生成的氧化铝是保护层；而镁表面的氧化镁是很疏松，不具有保护性，所以镁的表面是打不上的粉底容易脱妆，导致了镁合金不耐腐蚀。
镁合金标准电极电位低于铁、铝、锌、铜等常见金属，并且表面氧化膜疏松多孔，使得镁的耐蚀能力极差。在潮湿空气或水溶液环境中，镁合金极易遭受严重的电化学腐蚀。不管如何，我们先了解了解镁合金腐蚀的一些基础，以后大家一起想办法......
01
镁合金主要由镁和少量的铝、锌、钙等合金元素组成。其腐蚀原理与镁的化学性质密切相关。镁的标准电极电位为 -2.36V，在工程金属中电位最低，这使得镁具有极高的化学活性。在空气或水溶液中，镁合金会迅速氧化形成氧化膜，但此氧化膜通常较为薄且疏松多孔，多为 Mg (OH)₂或 MgO，其结构呈多层多孔状，无法像铝或不锈钢的氧化膜那样有效阻止腐蚀的发生。
在腐蚀过程中，镁作为阳极发生溶解反应，镁原子失去电子形成镁离子
（Mg→Mg²⁺+2e⁻）
释放出的电子主要被氢离子获取，发生析氢反应（2H⁺+2e⁻→H₂），整体腐蚀反应为：
Mg+2H₂O→Mg (OH)₂+H₂
生成的氢氧化镁可能会溶解，导致电解质溶液 pH 值上升。同时由于氧化膜的疏松多孔，氯离子（Cl⁻）或碳酸根离子等容易进入空隙，加速镁基体的腐蚀。此外，镁还容易与第二相以及铁（Fe）、镍（Ni）、铜（Cu）等氢过电位较低的金属发生电偶腐蚀，进一步降低其耐蚀性。
【小科普：电偶腐蚀——当镁合金和其他金属接触时，在电解质溶液存在的情况下发生的一种腐蚀现象。】
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镁合金的腐蚀受多种因素影响。在合金成分方面，杂质元素如 Fe、Ni、Cu 等含量的增加会显著降低镁合金的耐蚀性，因为这些杂质会与镁基体构成原电池，加速腐蚀过程。显微组织也起着关键作用，快速凝固的镁合金由于合金元素分布相对均匀，其耐蚀性能相对较好。
腐蚀介质的不同同样影响着镁合金的腐蚀情况：
01
电偶腐蚀和全面腐蚀
镁的高反应性使得镁很容易与其它相组织形成腐蚀电池而发生电偶腐蚀。电偶腐蚀的阴极可能是金属内部的组织，也有可能是外部与之接触的金属。如果合金中存在 Fe、Co、Ni、Cu 等的杂质相，镁合金将会发生很严重的电偶腐蚀；
【小科普：杂质相是指在一种主要材料（基体相）中，存在的少量其他成分相。这些成分相不是我们期望的主要成分，它们的存在会对材料的性能产生各种各样的影响。就好比在一碗白米饭（镁）中，有一些小石子（杂质相），虽然小石子占比很少，但它们还是会影响这碗米饭的质量。】
而镁合金中形成的正常的相组织之间也会发生电偶腐蚀，电位较低的相充当阳极被优先腐蚀 (如镁铝合金中的 α 相与 β 相)。研究表明镁合金发生电偶腐蚀的程度主要与以下几种因素有关 。[1.2]
(1) 强碱溶液环境很稳定
镁合金在酸性或中性溶液中易受腐蚀，但在碱性环境中特别是强碱性环境 (pH＞10.5) 中却相当稳定。当 pH 值由 2.0 增加到 7.25 时，其腐蚀速率降为原来的 1/10 [3]。但含有 Cl⁻的介质溶液会大大加速镁合金的腐蚀。Mg 在 3.5% NaCl 溶液中的腐蚀速率比在去离子水中大约增加了 4 倍。而在铬酸和氢氟酸及含 F⁻的溶液中，由于在金属表面生成起保护作用的钝化膜，降低了镁合金的腐蚀速率 。[3]
(2) 不同元素影响腐蚀率
当镁合金中含有 Al、Zn、Ca、Ag、Cd 等元素时，对镁合金的耐蚀性影响较小；
但当镁合金中含有 Fe、Ni、Cu、Co 等元素时，其腐蚀速率将大大加快。
(3) 镁合金喜干怕湿
在干燥环境中，镁合金相对不易腐蚀，在干燥的空气中能形成有效的保护膜，具有较好的耐蚀性。
在潮湿环境下，一旦 SO₂ 含量达到 100mg/m³，镁合金的腐蚀速率便会显著上升。而在诸如潮湿空气、含硫气氛以及海洋大气这类包含氯化物等腐蚀性物质的环境中，镁合金极易发生严重的电化学腐蚀。
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局部腐蚀
镁合金的局部腐蚀主要有点蚀与丝状腐蚀。
镁是一种自然钝化的金属，点蚀的形成主要是由于晶界处的析氢及沿晶界处基体优先腐蚀脱落。[4]
在含有氯离子（Cl⁻）的介质当中，镁或者镁合金表面那层起保护作用的钝化膜就很容易被破坏掉，然后就出现点蚀。而且在中性或碱性盐溶液中也会发生点蚀，重金属污染物能加速镁合金的点蚀。[5]
丝状腐蚀是由穿过晶界表面运动的活性腐蚀电池引起的，主要发生在保护性涂层和阳极氧化层下面，没有涂层的纯 Mg 不会受到丝状腐蚀。
【小科普：自然钝化——是金属在某些特定的自然环境条件下，金属给自己穿上了一层 “防护铠甲”，这层铠甲可以使金属的化学活性降低，从而抵抗腐蚀。】
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高温腐蚀
在 450°C 以下干燥的氧气中，镁合金表面的氧化膜在很长时间内具有保护作用。因为在这样的温度下，氧化过程中形成的氧化物膜的体积（V_Mo）比生成这些氧化膜所消耗的金属的体积（V_M）稍大，即 PB（Pilling - Bedworth）原理比 V_Mo/V_M＞1，所以氧化镁膜具有保护作用 。[6]
当在 450°C 以上被氧化时形成的 MgO 膜的 PB 比为 0.81（＜1），故无保护性。但在含硫的气体中，镁合金形成的氧化膜具有保护性，因此，在高温熔炼的铸造过程中，常常使用 SO₂或 SF₆气体 [7] 作为镁合金熔炼的保护性气体，以防镁合金的高温氧化。
04
应力腐蚀
镁合金普遍存在应力腐蚀开裂现象，应力腐蚀破裂是指拉应力和一种特定腐蚀介质共同存在而引起的破裂，这种应力腐蚀现象通常是由氢脆机制引起的。镁合金对应力腐蚀非常敏感，必须加以保护。
在工作时，构件受到的力、热胀冷缩的影响、工件装配的过程，还有构件生产过程里产生的各种各样的应力，这些都会让镁合金的表面出现裂纹。有了裂纹的地方，表面失去保护膜，氢原子就能轻松地进到镁以及镁合金里面，和镁发生反应，生成氢化镁。
常用应力腐蚀试样
进入到镁合金内部的氢原子，它们会跑到晶格间隙里面，或者聚集在裂纹尖端的表面上。它们待在这些地方就好像打乱了原子之间原本稳定的 “秩序” 一样，使得相邻金属原子之间相互连接的键变得脆弱，对金属原子原本的电子密度分布产生影响。
在受到外力等情况时，原子就更容易出现滑移的现象，进而导致材料产生新的开裂情况，让裂纹越来越多、越来越大。
裂纹这个地方比较特殊，这里的应力是集中的，而且晶格发生的畸变也比较大，氢原子就更喜欢优先聚集在这里。大量聚集会对位错之间弹性的交互作用产生影响，会让这种交互作用变小，也就是改变了材料内部原本的受力和变形情况。
【小科普：对位错——可以简单理解为材料内部原子排列出现的一种局部不规则情况】
氢原子的分布也不是固定不变，它会根据应力场（材料内部不同位置受力情况形成的一个 “力场”）的变化而做出相应的调整。通过这样的调整，氢原子能够降低位错运动时遇到的阻力，就好像给位错 “开了绿灯” 一样，让位错运动的速度变快，而这又进一步影响了材料的性能，让材料更容易出现变形、开裂等情况。
【小科普：氢脆机制——就是一种因为材料开裂导致氢原子入侵材料内部，从而使材料变脆的过程】
引用文献：
【Ambat R, Aung N N,Zhou W. Evaluation of microstructure effects on corrosion behavior
of AZ9lDmagnesium alloy.Corrosion Sci，2000，42:1433】
【镁合金耐蚀表面处理的研究进展,材料保护,34,10,19,21,--,姚美意,周邦新,clbh200110009,腐蚀,镁合金,表面处理, 】
【余刚·镁合金的腐蚀与防护，中国有色金属学报，2002，12(6):1087】
【Froats A,Aune T K,Hawke D,et al. Metals Handbook9th ed. Ohio:ASM,1987.740】
【Albright D L,Hunt W H eds. Advances in Magnesium Al-loys and Composites,Phoenix,Arizona: International Magnesium Association and the Nonferrous Metals Committee.TMS,1988.57】
【朱日彰·金属腐蚀学，北京:冶金工业出版社,1989.22】
【L.yon P, King J F,Fowler G A. Developments in magnesium based materials and process. 」 Eng Gas Turbines PowerTrans ASME,1993,115(1):193】
【李冠群,吴国华,樊昱,丁文江.镁合金的腐蚀研究现状与防护途径[J].材料导报,2005,19(11):60-64】
策划 梅艳南
编辑 吴姬慧
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