Introduzione

Leghe di magnesio sono diventate materiali essenziali in settori che richiedono componenti leggeri con elevati rapporti di resistenza-peso, come l'aerospaziale, l'automotive e l'ingegneria biomedica. La loro bassa densità - circa un quarto di quello di acciaio e due terzi che di alluminio - consente notevoli risparmi di carburante e miglioramenti delle prestazioni. Tuttavia, l'adozione diffusa delle leghe di magnesio rimane costretta dalla loro scarsa resistenza alla corrosione marina.

Cos'è la Corrosione nelle Alloie del Magnesio?

La corrosione in leghe di magnesio è fondamentalmente un processo elettrochimico in cui il metallo reagisce con il suo ambiente, portando al deterioramento materiale. La forza di guida è il basso potenziale elettrodo di magnesio (−2.37 V vs. SHE), che lo rende altamente reattivo, soprattutto in elettroliti acquosi. Quando esposto a umidità, magnesio subisce dissoluzione anodica: Mg → Mg2+ + 2e−

Fattori che influenzano il comportamento della corrosione

Condizioni ambientali

L'ambiente svolge un ruolo dominante nella determinazione del tasso di corrosione delle leghe di magnesio. L'elevata umidità accelera la corrosione mantenendo un continuo film passito sulla superficie metallica. La presenza di ioni cloruro, come in acqua di mare o sali di degrado stradale, è particolarmente aggressivo.

Composizione della lega

L'aggiunta di elementi leganti cambia notevolmente il comportamento di corrosione del magnesio. L'alluminio è uno dei più comuni aggiunte leganti; nelle concentrazioni superiori a 4-5 wt.%, affina la microstruttura e promuove la formazione di fasi intermetalliche come 0.00 wg17Al12. Mentre queste fasi internazionali possono migliorare la resistenza, inoltre creano coppie galvaniche che accelerano la corrosione microgalvanica se la fase è cathodica relativa alla matrice di magnesio è zinco.

Trattamento superficiale

La condizione superficiale delle leghe di magnesio influenza fortemente la loro resistenza alla corrosione iniziale e l'efficacia della protezione successiva. I semplici strati di ossido formati su superfici non trattate non sono sufficientemente protetti nella maggior parte degli ambienti. I trattamenti di superficie generalmente mirano a migliorare il film di ossido naturale o applicare un rivestimento di polimeri.

Microstruttura

Le microstrutture di granulazione possono in generale migliorare la resistenza alla corrosione, poiché favoriscono la distribuzione uniforme di elementi leganti e fasi intermetalliche, riducendo l'intensità delle cellule microgalvaniche. Tuttavia, la raffinazione del grano può anche aumentare la zona di confine del grano, che può agire come siti preferenziali per la corrosione in alcune leghe.

Meccanismi della corrosione

Corrosione galvanica

Poiché il magnesio ha uno dei più bassi potenziali elettrochimici, agisce come un anodo quando accoppiato con quasi tutti gli altri metalli, tra cui acciaio, leghe di rame, e anche leghe di alluminio (quando non protetto). La grande differenza potenziale spinge la rapida dissoluzione del magnesio all'incrocio.

Corrosione di Pittura

La formazione di microrganismi è una forma localizzata di corrosione che porta alla formazione di piccole cavità (pits) che possono penetrare profondamente nel metallo mentre la superficie circostante rimane relativamente intatta. In leghe di magnesio, pitting solitamente inizia nei siti dove il film passivo è debole o violato, come ad inclusioni, graffi, o i confini di grano.

Stress Corrosion Cracking

La lega di compressione di lega di SCC è un meccanismo di rottura ritardato che deriva dall'azione combinata di tensione e da un ambiente corrosivo. Leghe di magnesio sono suscettibili a SCC, in particolare in ambienti contenenti cloruri o atmosfere ad alta umidità. La propagazione di cracking è generalmente intergranolare in alcune leghe (ad esempio, AZ80) e transgranular in altri (ad esempio, Ambrien).

Strategie per la Corrosione Mitigata

Progettazione della lega

Il miglioramento della resistenza alla corrosione intrinseca attraverso il disegno della lega è una strategia primaria. Ciò comporta la selezione di elementi che stabilizzano il film protettivo o riducono il mismatch galvanico tra le fasi.

Trattamenti di superficie

I trattamenti di superficie forniscono una barriera tra il substrato di magnesio e l'ambiente. L'anodizzazione rimane uno dei più comuni approcci: crea uno strato di ossido denso e aderente che può essere sigillato o dipinto. Tuttavia, l'anodizzazione dell'acido tradizionale è in fase di fuori a causa di normative ambientali.

Controllo ambientale

La riduzione dell'umidità relativa sotto una soglia critica (generalmente circa il 40-50%) può rallentare notevolmente la corrosione atmosferica. Per lo stoccaggio o il trasporto, utilizzando i desiccanti, componenti di tenuta in sacchi a prova di umidità, o l'applicazione di inibitori di corrosione volatili (VCI) può essere efficace.

Protezione Cathodic

La protezione catodica può essere applicata alle leghe di magnesio per prevenire la corrosione, rendendo l'intera superficie metallica il catodo di una cellula elettrochimica. Questo è ottenuto collegando il componente di magnesio ad un anodo sacrificale fatto di un metallo più attivo, come leghe di zinco o di alluminio.

Conclusioni

Leghe di magnesio offrono vantaggi sostanziali nelle applicazioni critiche al peso, ma il loro comportamento di corrosione deve essere attentamente gestito per garantire affidabilità e sicurezza. Il processo di corrosione è governato da reazioni elettrochimiche influenzate da condizioni ambientali, composizione della lega, stato superficiale e microstruttura. I principali meccanismi - la corrosione galvanica, la pitting e lo stress di corrosione soluzioni di elaborazione - ognuno richiedono approcci mirati di mitigazione.