Cl^-離子作用于鎂表面的腐蝕特性研究

劉小娥

摘要：本文用微觀方法研究了Cl-離子作用于鎂表面的腐蝕特性，建立了反應(yīng)模型，用微觀的方法研究了Cl-離子的加入鎂表面的均方分布函數(shù)和鎂原子和氧原子之間的徑向分布函數(shù)。結(jié)果表明：隨著Cl-離子的加入，會(huì)破壞水分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，加快了鎂表面與水中的氧原子的反應(yīng)，從而使鎂表面的腐蝕速率不斷增大。

Abstract： In this paper， the corrosion characteristics of Cl- ions acting on the surface of magnesium were studied by microscopic method， and the reaction model was established. The mean square distribution function of Cl- ions on the surface of magnesium and the radial distribution function between magnesium atoms and oxygen atoms were studied by microscopic method. The results show that with the addition of Cl- ions， the stable structure of water molecules will be destroyed， and the reaction between magnesium surface and oxygen atoms in water will be accelerated， thus increasing the corrosion rate of magnesium surface.

關(guān)鍵詞：腐蝕特性;金屬腐蝕;擴(kuò)散系數(shù)

Key words： corrosion characteristics;metal corrosion;diffusion coefficient

0? 引言

鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有強(qiáng)度高、耐沖擊、散熱好、尺寸穩(wěn)定和彈性模量大、減震性好等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使得其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，鎂合金已被發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用于汽車變速箱殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋等零部件上，用鎂合金制造汽車零部件，可以減輕汽車車重，顯著提高汽車行駛的靈活性等，隨著技術(shù)的發(fā)展，鎂合金在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用范圍會(huì)更廣。但由于其化學(xué)性質(zhì)活潑，平衡電位很低，耐腐蝕性較差，其在電解質(zhì)溶液的環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕，研究者們通過(guò)表面改性和材料改性等多種手段控制鎂合金的腐蝕速度，但效果并不理想。如何控制鎂合金在電解質(zhì)環(huán)境中的腐蝕速率是現(xiàn)如今鎂合金廣泛應(yīng)用的瓶頸。其中，探究鎂合金在電解質(zhì)溶液中的腐蝕原因可為解決其腐蝕速率過(guò)快提供理論指導(dǎo)。研究者研究發(fā)現(xiàn)，在電解質(zhì)溶液環(huán)境中，Cl-離子對(duì)鎂合金的腐蝕影響很大，其在溶液中很大程度地加快了鎂合金的腐蝕[1]。但研究者只能從實(shí)驗(yàn)中得到腐蝕加快這一現(xiàn)象，其腐蝕原因并不清楚。本文用微觀方法研究了Cl-離子對(duì)鎂合金腐蝕的機(jī)理，對(duì)其機(jī)理進(jìn)行分析。

1? 微觀模型的建立

首先用軟件Materials studio建立了Cl-離子，H2O分子，然后用Geometry optimization進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。然后建立了Cl-離子溶液。建立鎂表面，將Cl-離子溶液放在鎂表面上，如圖1所示，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，然后用Forcite模塊進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算[2]。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

如圖2所示反應(yīng)后Cl-離子作用于鎂表面后，模擬體系的均方位移系數(shù)隨時(shí)間變化而增大，其前100ps斜率低于后75ps的斜率，其原因在于Cl-離子的加入，破壞了水分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使水分子分成了氧原子和氫原子，氧原子與鎂表面結(jié)合會(huì)破壞鎂原子之間的鍵，使鎂的碎片從鎂表面脫落，從而加快了鎂的腐蝕。

圖3為Mg-O原子之間的徑向分布函數(shù)，兩原子之間的距離r為徑向分布函數(shù)最高峰對(duì)應(yīng)的距離值，其為20 Angstron，小于31Angstron[3]。故鎂原子和氧原子發(fā)生了強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，故鎂腐蝕速度加快的直接原因?yàn)镃l-離子的加入，破壞了水分子，使鎂與水分子中的氧原子的反應(yīng)概率增大。

3? 結(jié)論

結(jié)果表明：Cl-離子的加入，破壞了水分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使水分子分成了氧原子和氫原子，氧原子與鎂表面反應(yīng)概率增大，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使鎂的碎片從鎂表面脫落，從而加快了鎂的腐蝕。

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