鎂合金的腐蝕行為

2.2.1 均勻腐蝕(General Corrosion)

為了改善鎂合金的抗蝕能力以適應工程上的應用，針對鎂及鎂合金在環境中 的空氣之中，此氧化層會快速地與空氣中的水進行水合反應(hydration)^[12]，因而失 去保護底材的作用，使得鎂合金的腐蝕速率快速增加。

鎂合金在水溶液中的腐蝕行為則受到很多因素的影響^[3]，包括溫度、溶液的成 份、溶液是否受到擾動(agitation)、及溶液的 pH 値等。從鎂的 Pourbaix Diagram(圖 2.2)^[17]可以發現，在中性或酸性的水溶液中，鎂在水溶液中的穩定態是二價的鎂離

根據 eq.2 和 eq.3，金屬鎂不論是溶解成鎂離子，或是形成氫氧化鎂，都會還原水 溶液中的氫離子產生氫氣，造成溶液的pH 值在鎂金屬表面快速升高。因此，在靜 止的水溶液當中，因為介面上的pH 値提升，會使得金屬鎂在介面上形成較穩定的 氫氧化鎂，而非溶解成鎂離子^[3,16]。而在水溶液持續受到擾動(agitation)的情況下，

因還原反應而在金屬表面形成的高pH 値區域會受到溶液的對流而破壞，使得金屬 鎂在中性或酸性的溶液中會持續受到腐蝕^[3]。在1995 與 1996 年，J. H. Nordlien et al.

分別針對純鎂與鎂鋁合金在純水當中的氧化層以TEM 進行微結構分析，提出了以 氫氧化鎂和氧化鎂為主體的三層結構(圖 2.3)^[11,12]。此三層結構，包括與金屬底材 相接的多孔水合層，較為緻密的中介層，與最外層的垂直於底材表面的板狀層 (platelet layer)。

除了水溶液的pH 値之外，鎂合金的腐蝕行為也會受到許多內在(intrinsic)的冶 金性質(metallurgical properties)的影響，包括了合金元素、雜質(impurities)、微結構

2.2.2 局部腐蝕(Localized Corrosion)

鎂合金常見的局部腐蝕包括了加凡尼腐蝕（galvanic corrosion）、間隙腐蝕

（crevice corrosion）與孔蝕(pitting corrosion)等。

由於鎂合金較大部分的金屬材料活潑，若是與其他材料相接合且暴露在腐蝕 環境之中，鎂合金便會成為犧牲保護的陽極，形成一個加凡尼電池(galvanic cell)。

在這種情況下，鎂合金會受到強烈的腐蝕而導致破壞。除此之外，加凡尼腐蝕在 富含有鋁的鎂合金中也相當常見。由於鋁會和鎂以較為鈍態的β相(Mg₁₇Al₁₂)析 出，使得較活潑的α相在腐蝕環境中受到加凡尼腐蝕^[10]。

由於鎂合金本身的抗蝕能力不佳，所以常常會在表面施以鈍化處理。當鈍化 層在腐蝕環境中受到攻擊時，就會出現孔蝕(pitting)和間隙腐蝕(crevice corrosion) 等現象^[3]。孔蝕是來自於環境中的腐蝕物種對於鈍化層的局部攻擊，而間隙腐蝕則 是導因於在鈍化層所受到的物理性破壞，像是刮痕、剝落等。這些局部被攻擊的 區域，往往會受到更為強烈的腐蝕。

圖2.1 於研磨清洗並乾燥後之 AZ31B 表面形成的氧化鎂層^[16]

圖2.2 鎂的 Pourbaix Diagram^[17]

圖2.3 鎂與鎂合金靜置於純水中生成多層結構示意圖^[11,12]