Mg合金の電気化学腐食の調査

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13250 (2023) この記事を引用

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異種金属合金の界面での腐食を防ぐ戦略を開発することは、ガルバニック対の不均一な分布と腐食速度を大きく変える微細構造の特徴の存在のため、困難です。 この界面腐食を軽減する戦略を考案するには、その表面電気化学反応を定量的かつ相関的に理解する必要があります。 この研究では、走査型電気化学セル インピーダンス顕微鏡 (SECCIM) を使用して、摩擦撹拌支援スクライブ技術 ( FAST) プロセス。 ここでは、SECCM と SECCIM を使用して局所電気化学インピーダンス分光学的分極と動電位分極の相関マッピングを実行し、溶接界面領域の電子的および微細構造変化が腐食速度論に及ぼす影響を測定しました。 走査型電子顕微鏡や電子後方散乱回折などの微細構造の特性評価を実行して、微細構造の特徴や化学的性質の変化を、腐食挙動に影響を与える対応する電子特性と関連付けました。 界面全体にわたる腐食電位、腐食電流密度、および電気化学的インピーダンス分光法の挙動の変化により、界面領域についてのより深い洞察が得られます。界面領域は、裸の AZ31 および DP590 の両方とは化学的および微細構造的に異なり、異種金属構造の腐食を防止するのに役立ちます。

走査型電気化学顕微鏡法 (SECM) や走査型振動電極法 (SVET) などの高解像度走査型プローブ技術は、液体と電解質の界面や電子移動速度論を研究するために開発されてきました。 SECM は電解液に浸した微小電極を使用して基板の電子伝達特性を調査しますが、SVET は振動する微小電極を使用して表面上の電位差勾配を測定します。 SECM および SVET の微小電極は通常、(特にイメージングの場合) 一定の高さで使用されるため、粒界や微細構造におけるファラデー電流の変化にはそれほど敏感ではありません。 SECM のいくつかの改良により、粒界を明らかにするのに十分な分解能が向上します 2、3 が、微小電極が試料に接触しないため、イメージング時の拡散広がりによる限界があります 4。 走査型電気化学セル顕微鏡法 (SECCM) などの新しく開発された液滴ベースの顕微鏡的な腐食測定技術は、局所的または限定された領域の電気化学的応答を捕捉するために使用され、粒界、欠陥、および微細構造の高解像度プローブを実行できます5、6、7、8。 シングルバレルまたはダブルバレルチャネルを備えた顕微鏡プローブ（直径 < 1 µm）は電解液で満たされており、測定用のチップとして使用されます。 チップの先端では、表面張力によって形成される液滴が基板接触点として使用されます。 SECCM などの高分解能プローブ技術には、結晶方位、粒界、第 2 相、特定の析出物特性などの金属材料の微細な特徴からの電気化学的信号を記録できるという利点があり、非常に場所固有の測定が可能になります 5、9、10。 さらに、SECCM は基板/電解質への曝露時間を制御します。これは腐食しやすいサンプルにとって特に重要です 11,12。

摩擦撹拌溶接 (FSW) は、類似および異種の材料を接合するために広く使用されている固相接合技術です13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23。 現在、FSW は自動車、航空宇宙、造船、鉄道などの業界で使用されています24、25、26。 最近、新しい摩擦撹拌支援スクライブ技術（FAST）23 を使用して、Al 合金と鋼 27 や Mg 合金と鋼など、溶融温度差が大きい異種材料を接合する取り組みが行われています。 このプロセスでは、ツールチップの端にあるスクライブが 2 つの材料を接合するための機械的特徴を開発します。 FAST プロセス中に、撹拌ゾーン (SZ)、熱機械的影響ゾーン、熱影響ゾーンなど、一連の微細構造ゾーンが溶接領域全体に発達します。 各ゾーンは異なる熱機械プロセスを受け、異なる粒子構造、転位密度、第 2 相の分布、および析出物の特性を発達させます。 さらに、対応するゾーンの微細構造の特徴によって、個々の腐食感受性が決まります 28,29。 強いせん断力と摩擦加熱により、SZ は最も洗練された複雑な微細構造を発達させ、これが SZ30 の腐食挙動をさらに複雑にします。 マグネシウムと鋼の接合部の腐食特性を調べるためにいくつかの研究が行われており、主にバルク電位動的 (PD) 分極技術を使用して、界面領域を含むサンプル全体の耐食性を研究しています。 グプタら。 は、304L オーステナイト系ステンレス鋼に合金化されたガスタングステン アーク溶接 (GTAW) の腐食特性を調査しました。 オーステンタイト相とフェライト相がさまざまな体積分率で溶接部で観察され、これが異なる腐食特性 (つまり、耐食性と孔食) を引き起こします31。 シドゥら。 は、Al と Mg 合金の接合部に対する FSW プロセスの影響を理解するためにバルク腐食技術を使用しました。これは、PD 分極曲線に基づいて FSW 技術がより高い耐食性をもたらすことを示唆しました 32。 張ら。 らは、DP590 および 304 ステンレス鋼に対する Ni コーティングの効果を調べ、耐食性が向上することを発見しました 33。 これらの研究は、2 つの類似した金属の接合部分には異なる電子特性があり、それが接合された金属全体に影響を与えることを示唆しています。 キムら。 は、摩擦撹拌溶接された AZ31B 継手に対する Al 添加の効果を研究し、継手の耐食性が 55% 向上することを発見しました。この耐食性は、H2 収集とバルク PD 技術によって評価されました 34。 これらの著者らは、その場での Mg17Al12 粒子の連続的な形成と粒界に沿ったそれらの分布が耐食性の向上に寄与している可能性があると示唆しました。 しかし、この仮定を裏付ける、Mg17Al12 粒子が存在する粒界の電気化学データは提供されていません。