Mg 합금의 전기화학적 부식 조사

Dec 03, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13250(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

서로 다른 금속 합금의 경계면에서 부식을 방지하기 위한 전략을 개발하는 것은 갈바니 커플의 이질적인 분포와 부식 속도를 크게 변화시키는 미세 구조 특징으로 인해 어렵습니다. 이러한 계면 부식을 완화하기 위한 전략을 고안하려면 표면 전기화학 반응에 대한 정량적이고 상호적인 이해가 필요합니다. 이 연구에서는 마찰교반 보조 스크라이브 기술을 사용하여 용접된 AZ31(마그네슘 합금) 및 DP590(강철)과 같은 이종 합금의 계면 영역에서 위치별 부식을 연구하기 위해 주사 전기화학 셀 임피던스 현미경(SECCIM)을 사용했습니다. FAST) 프로세스. 여기에서 SECCM과 SECCIM은 용접된 계면 영역의 전자 및 미세 구조 변화가 부식 역학에 미치는 영향을 측정하기 위해 국부 전기화학적 임피던스 분광 및 전위차 분극의 상관 매핑을 수행하는 데 사용되었습니다. 미세 구조 특징 및 화학의 변화를 부식 거동에 영향을 미치는 해당 전자 특성과 연관시키기 위해 주사 전자 현미경 및 전자 후방 산란 회절을 포함한 미세 구조 특성 분석이 수행되었습니다. 인터페이스 전체의 부식 전위, 부식 전류 밀도 및 전기화학적 임피던스 분광학 동작의 변화는 계면 영역에 대한 더 깊은 통찰력을 제공합니다. 이는 서로 다른 금속 구조의 부식을 방지하는 데 도움이 될 수 있는 베어 AZ31 및 DP590과 화학적으로, 미세 구조적으로 구별됩니다.

주사 전기화학 현미경(SECM) 및 주사 진동 전극 기술(SVET)과 같은 고해상도 주사 프로브 기술은 액체 전해질 인터페이스와 전자 전달 역학을 연구하기 위해 개발되었습니다. SECM은 전해질에 담긴 미세 전극을 사용하여 기판의 전자 전달 특성을 조사하는 반면, SVET는 진동 미세 전극을 사용하여 표면 위의 전위차 구배를 측정합니다. SECM 및 SVET의 미세 전극은 일반적으로 일정한 높이(특히 이미징의 경우)에서 사용되므로 입자 경계 또는 미세 구조1에서 패러데이 전류의 변화에 ​​민감하지 않습니다. SECM의 일부 개선 사항은 결정립 경계를 드러낼 만큼 해상도를 높이지만 미세 전극이 표본과 접촉하지 않기 때문에 이미징 시 확산 확장으로 인해 제한이 있습니다4. 주사 전기화학 전지 현미경(SECCM)과 같이 새로 개발된 미세한 액적 기반 부식 측정 기술은 결정립 경계, 결함 및 미세 구조5,6,7,8에 대한 고해상도 프로빙을 수행할 수 있는 국지적이거나 제한된 영역의 전기화학 반응을 포착하는 데 사용됩니다. 단일 또는 이중 배럴 채널이 있는 현미경 프로브(< 1 µm 직경)는 액체 전해질로 채워져 측정용 팁으로 사용됩니다. 팁 끝에는 표면 장력에 의해 형성된 물방울이 기판 접촉점으로 사용됩니다. SECCM과 같은 고해상도 프로브 기술은 결정 방향, 결정 경계, 2차 단계 및 특정 침전물 특성과 같은 금속 재료의 미세한 특징으로부터 전기 화학적 신호를 기록하는 장점이 있어 매우 위치별 측정이 가능합니다5,9,10. 또한 SECCM은 제어된 기판/전해질 노출 시간을 제공하며 이는 부식되기 쉬운 샘플에 특히 중요합니다11,12.

마찰 교반 용접(FSW)은 유사하거나 다른 재료를 결합하는 데 널리 사용되는 고체상 접합 기술입니다13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. 현재 FSW는 자동차, 항공우주, 조선, 철도 등의 산업에서 사용되고 있습니다24,25,26. 최근 새로운 마찰교반 보조 스크라이브 기술(FAST)을 사용하여 Al 합금과 강철, Mg 합금과 강철과 같이 용융 온도 차이가 큰 이종 재료를 결합하려는 노력이 이루어졌습니다. 이 과정에서 도구 팁 끝에 있는 스크라이브는 두 재료를 결합하기 위한 기계적 특성을 개발합니다. FAST 공정 중에 교반 영역(SZ), 열역학적 영향 영역 및 열 영향 영역을 포함하여 일련의 미세 구조 영역이 용접 영역 전체에 걸쳐 발생합니다. 각 영역은 서로 다른 열역학적 과정을 거치며 뚜렷한 결정립 구조, 전위 밀도, 두 번째 상의 분포 및 석출물 특성을 나타냅니다. 또한 해당 영역의 미세 구조적 특징은 개별 부식 민감성을 결정합니다28,29. 강렬한 전단력과 마찰 가열로 인해 SZ는 가장 정교하고 복잡한 미세 구조를 형성하게 되며, 이는 SZ30의 부식 거동을 더욱 복잡하게 만듭니다. 계면 영역을 포함하는 전체 샘플의 내식성을 연구하기 위해 주로 벌크 전위차(PD) 분극 기술을 사용하는 Mg 및 강철 조인트의 부식 특성을 조사하기 위해 여러 연구가 수행되었습니다. Guptaet al. 304L 오스텐틱 스테인리스강에 합금된 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)의 부식 특성을 조사했습니다. 다양한 부피 비율로 용접 영역에서 오스테나이트 및 페라이트 상이 관찰되었으며, 이로 인해 부식 특성(즉, 내식성 및 공식)이 달라졌습니다31. Sidhuet al. Al과 Mg 합금의 결합에 대한 FSW 공정의 영향을 이해하기 위해 벌크 부식 기술을 사용했는데, 이는 FSW 기술이 PD 분극 곡선을 기반으로 더 높은 내식성을 제공한다는 것을 의미합니다. Zhang et al. DP590 및 304 스테인리스강에 대한 Ni 코팅 효과를 조사한 결과 내식성이 증가한 것으로 나타났습니다33. 이러한 연구는 두 개의 유사한 금속의 결합 부분이 결합된 금속 전체에 영향을 미치는 뚜렷한 전자 특성을 가지고 있음을 시사합니다. Kim et al. 마찰 교반 용접된 AZ31B 조인트에 대한 Al 첨가 효과를 연구하고 조인트 내식성이 55% 향상되었음을 발견했습니다. 여기서 내식성은 H2 수집 및 벌크 PD 기술을 통해 평가되었습니다. 이 저자들은 현장에서 Mg17Al12 입자의 지속적인 형성과 결정립 경계를 따른 분포가 내식성 향상에 기여했을 수 있다고 제안했습니다. 그러나 Mg17Al12 입자가 존재하는 결정립계의 전기화학적 데이터는 가정을 뒷받침하기 위해 제공되지 않았습니다.