文档介绍：沈阳师范大学
硕士学位论文
镁合金在介质中腐蚀及热氧化机理的研究
姓名:罗志成
申请学位级别:硕士
专业:材料物理与化学
指导教师:张国英
20100401
镁合金在介质中腐蚀及热氧化机理的研究

中文摘要

镁合金有许多独特的优点:密度低、比强度和比刚度高、原料丰富,且机械加工性能
好、可回收。从 Mg 合金的这些突出特点可以预见它将会有很好的应用前景。镁合金高温
性能差、耐蚀性差限制了镁合金的应用与发展。为进一步提高镁合金高温抗氧化性能和抗
腐蚀性能,本文结合国家自然科学基金项目“镁合金强化及腐蚀机理的电子理论研究”,
利用 Materials Studio 软件中基于密度泛函理论的赝势平面波方法(CASTEP)模块对介质
对镁及镁合金腐蚀机理(包括在介质中腐蚀和热氧化腐蚀)进行研究,发现:1)水分子在
Mg(0001)表面吸附时,水分子中氧原子与表面成键,顶位吸附取倾斜附构时最稳定,吸附
为化学吸附。水吸附于镁表面后,镁表面电子向水分子上转移,使镁表面电位向正方向移
动,降低镁表面的活性,产生钝化,生成 MgO 或 Mg(OH)2,对镁有一定的保护作用。水
分子吸附后键长增长,键角增大,水中各原子间作用减弱,可与 Mg 形成水合分子或反应
生成 MgO、或 Mg(OH)2,从而使镁发生钝化。2)氯离子吸附于六方穴位,也属化学吸附;
氯离子吸附后,有个电子转移到镁表面,使得镁表面带负电,其腐蚀电位负移,加速
镁的腐蚀;由于氯离子与表面镁形成较强的化学键,会导致 MgCl2 生成,这样镁在含氯离
子水溶液中容易发生腐蚀。通过比较水分子和氯离子在 Mg(0001)表面吸附可以发现:在含
氯离子水溶液中,氯离子优先吸附于镁表面,且与镁的结合力也比水强得多,使得镁更容
易发生腐蚀。3)氧原子也吸附于六方位,有个电子从镁表面转移到氧原子上,使镁
表面电位向正方向移动,使镁发生氧化生成 MgO。4)氧原子在掺杂 La 的 Mg(0001)表面
吸附时,在六角位吸附时最稳定。氧原子与表面 Mg、La 成键,且与 La 相互作用强,阻
碍了氧向镁体内扩散。吸附过程中表面镁原子的电子向氧原子转移,使镁表面电位向正方
向移动,会使镁产生氧化。掺杂 La 后氧化膜由原来的全部是 MgO 变为部分被 La2O3 代替,
即生成了复合氧化膜,La2O3 致密能阻止氧原子进一步向体内扩散,阻止镁的进一步氧化,
起到阻燃的作用。

关键词:镁及镁合金,第一原理平面波赝势法,镁腐蚀机理,表面吸附,氧化,稀土阻燃

I
THE STUDIES ON MECHANISMS OF HOT CORROSION
AND CORROSION IN MEDIUM OF MAGNESISM ALLOY

Abstract
Magnesiun alloys have many advantages, such as: low density, high specific strength and
specific stiffness, rich raw materials, good workable property and high recycle ability. Based on
these superior properties, magnesium and its alloys are predicted to have a more promising
perspective of application. However these alloys have poor high temperature property and
corrosion resistance which restrict their application and development. In this thesis, for further
improve high temperature property and corrosion resistance of Magnesiun alloy, combining the
National Natural Science Foundation of China “the electronic theory study of the mechanism of
the strengthen and the corrosion of Mg alloys”, the mechanisms of the hot corrosion a