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Magnesiumkorrosion verstehen: Von Mechanismen zu bewährten Schutzstrategien
Magnesium ist das leichteste Strukturmetall, das von Ingenieuren gehandhabt wird. 331 TP3 T ist etwa 331 TP3 T leichter als Aluminium, 751 TP3 T als Stahl. Die Korrosionsrate von Magnesium bleibt jedoch das größte Hindernis für eine verstärkte Verwendung in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich, in der Elektronik und in der Herstellung medizinischer Geräte. Es hat ein Standardelektrodenpotential von 2,37 V (vs.
SHE) und bleibt am aktiven (anodischen) Ende der galvanischen Reihe.
Dieser Leitfaden zur Korrosion von Magnesium bietet einen detaillierten Vergleich des Mechanismus des Mg-Abbaus, gängiger Legierungsqualitäten, vergleicht die Korrosionsbeständigkeit gängiger Mg-Legierungsqualitäten und führt Sie durch bewährte Schutztechniken. Unabhängig davon, ob Sie eine Magnesiumlegierung für ein neues Design auswählen oder Korrosionsfehler an aktuellen Teilen untersuchen, werden Sie mit diesen Informationen und praktischen Erfahrungen intelligentere technische Entscheidungen treffen können.

Magnesiumkorrosion ist elektrochemisch, kommt Magnesium mit Wasser oder einem Elektrolyten in Kontakt, oxidiert es (entfernt Elektronen) und löst sich als Mg-Ionen. Die Oxidation erfolgt an der Anode und bildet Mg (OH) 2 und Wasserstoff – deshalb sieht man manchmal sehr kleine Blasen, die von einer korrodierenden Magnesiumoberfläche abfließen.
Im Kern ist das eine Frage der Thermodynamik Das Standard Elektrodenpotential für Magnesium ist das negativste aller Strukturmetalle, 2,37 Volt gegen den SHE. Sein galvanisches Reihenpotential (in einem Meerwasser ASTM G82 Es wurde festgestellt, dass die galvanische Reihe 1,60 Volt gegenüber einer Ag/AgCl-Referenz beträgt, mehr als 600 mV negativer als Zink, das aktivste technische Metall.
Im Gegensatz zu Aluminium, das eine sehr gut gebundene Oxid-AlO-Schicht erzeugt, die einen weiteren Angriff verhindert; der Korrosionsfilm von Magnesiumhydroxid, der sich auf Mg entwickelt, ist porös und schlecht haftend Es bietet nur teilweisen Schutz und wird auch sehr leicht in Chloridumgebungen weggesteckt Dies erklärt die plötzliche Eskalation der Magnesiumkorrosion in der Meeres- oder Salzsprühumgebung, während Aluminium davon ziemlich unberührt bleibt.
In unseren CNC-Bearbeitungswerkstätten ist immer wieder zu beobachten, dass das bloße Sitzen in feuchter Ladenluft zu Oberflächenanlaufen an frisch bearbeiteten Magnesiumteilen führt, was darauf hindeutet, dass der Korrosionsmechanismus von Mg fast sofort auftritt, wenn die native Oxidschicht zerstört wird.

Magnesium und seine Legierungen können mehrere Arten von Korrosionsmodi durchlaufen, die jeweils durch unterschiedliche Klima- und metallurgische Bedingungen verursacht werden. Die Bedeutung des Korrosionsverhaltens jedes Typs ist groß, da das Schutzsystem jeweils unterschiedlich ist.
| Korrosionstyp | Mechanismus | Visuelles Erscheinungsbild | Risikoniveau |
|---|---|---|---|
| Galvanische Korrosion | Durch den Kontakt mit einem edleren Metall entsteht eine elektrochemische Zelle; Mg löst sich als Anode auf | Beschleunigter Angriff an der Kontaktzone, Bildung weißer Korrosionsprodukte | Hoch |
| Lochfraßkorrosion | Chloridionen bauen den Oberflächenfilm an lokalisierten Schwachstellen auf | Kleine, tiefe Hohlräume an der Oberfläche | Medium High |
| Allgemeine (einheitliche) Korrosion | Sogar Auflösung über die Oberfläche in sauren oder neutralen Elektrolyten | Gleichmäßige Oberflächenaufrauung und -verdünnung | Mittel |
| Spannungskorrosionsknallen (SCC) | Die kombinierte Wirkung von Zugspannung + korrosiver Umgebung löst die Rissausbreitung aus | Verzweigungsrisse, oft interkristallin; kann keine sichtbare Oberflächenkorrosion aufweisen | Kritisch |
| Filiforme Korrosion | Gewindeartige Korrosion unter Beschichtungen oder Farbe; Feuchtigkeit dringt an Defekten ein | Unter transparenten Beschichtungen sichtbare Wurmspurmuster | Mittel |
Das ursprüngliche Korrosionsproblem, das wir am häufigsten bei Magnesiumbaugruppen beobachtet haben, ist eine Form galvanischer Korrosion, die durch direkten Kontakt mit Stahlbefestigungen entsteht. Ingenieure neigen dazu, Magnesiumgehäuse an Stahlrahmen zu befestigen, ohne irgendeine Form von Isolierung oder Barrierebeschichtung zu verwenden, und innerhalb weniger Wochen erscheint weißes Korrosionsprodukt im Umfang jedes Befestigungselements Der potenzielle Unterschied zwischen Magnesium und Stahl/Mildstahl reicht aus, um in Innenräumen mit relativ hoher Luftfeuchtigkeit einen schnellen lokalen Angriff auszulösen.
Spannungsrisskorrosion (SCC) ist ein weiteres Thema, das besondere Berücksichtigung für lasttragende Mg-Teile erfordert. Wie aus der im veröffentlichten Studie hervorgeht Zeitschrift der Minerals, Metals & Materials Society (JOM), 5, die Spannungsrisskorrosionsschwelle von AZ91 in destilliertem Wasser und in 5 g/L NaCl beträgt 55-75 MPa. Teile, die in der Nähe dieser Spannungsniveaus arbeiten, dürfen nur mit einer SCC-beständigen Legierungssorte konstruiert sein.

Die Korrosionsraten in Magnesiumlegierungen können um 6 Größenordnungen variieren, basierend auf 5 Haupteinflüssen. Um die meisten Probleme mit der Feldkorrosion zu vermeiden, ist es von größter Bedeutung, das richtige Design zu finden.
Fünf Faktoren, die die Magnesiumkorrosion beschleunigen
Bei Magnesiumlegierungen der AZ-Serie liegt das kritische Fe/Mn-Gewichtsverhältnis, das schnelle Korrosion einleitet, je nach exakter Legierung zwischen 0,010 und 0,032. Beispielsweise hat AZ91 mit 0,151TP3 T Mn eine Eisengrenze von etwa 0,00481TP3 T (0,032 x 0,151TP3 T).Bei der Anschaffung von Mg-Legierungsmaterial ist darauf zu achten, das Mühlenzertifikat zu erhalten und zu überprüfen, dass die Fe, Ni, Cu-Werte unter ihren individuellen Schwellenwerten liegen.
Bei Lecreator, unserem Legierungsauswahlverfahren für Magnesium CNC Projekte beginnt mit der Prüfung der Materialzertifizierung auf Verunreinigungsgrade Wir haben eingehende Mg-Blöcke, die die Maßspezifikationen bestanden, aber die Fe/Mn-Grenze überschritten haben, abgelehnt. Ein Detail, das innerhalb weniger Monate nach der Bereitstellung zu Feldkorrosion von Mg-Legierungskomponenten geführt hätte. Diese vorgelagerte Kontrolle hat mehrere Kunden vor Garantieausfällen bewahrt.

Nicht alle Magnesiumlegierungen korrodieren ähnlich Ihre Wahl der Legierungssorte wird sich auf Korrosionsleistung, Festigkeit und Bearbeitbarkeit auswirken Hier ist ein Vergleich der beliebten bearbeiteten Legierungen.
| Eigentum | AZ31 | AZ91 | AZ80 | WE43 |
|---|---|---|---|---|
| Al-inhalt | 3% | 9% | 8% | 0% (RE-basiert) |
| Korrosionsbeständigkeit | Mäßig | Gut (kurzfristig); verschlechtert sich mit der Zeit | Moderat | Gut (konsistent langfristig) |
| Korrosionsverhalten | Gleichmäßiger Oberflächenangriff | Anfangs niedrige Rate; beschleunigt mit ß-Phase Unterminierung | Ähnlich wie bei AZ91 mit weniger ß-Ausscheidungen | Mikrogalvanisch um RE-Intermetallik |
| Stärke (UTS) | 255 –290 MPa | 230 275 MPa | 340 –380 MPa | 250 295 MPa |
| CNC-Bearbeitbarkeit | Ausgezeichnet (bearbeitetes Blech/Platte) | Sehr gut (Druckguss oder Schwerkraftguss) | Gut (geschmiedet/extrudiert) | Gut (erfordert schärfere Werkzeuge) |
| Typische Anwendungen | Blechgehäuse, Laptoptaschen, Halterungen | Druckgussgehäuse, Motorblöcke, Abdeckungen | Geschmiedete Räder, hochfeste Strukturteile | Luft- und Raumfahrtarmaturen, medizinische Implantate (biologisch abbaubar) |
| Relative Kosten | $ | $ | $$ | $$$ |
Eine der wichtigsten Schlussfolgerungen aus den umfangreichen Korrosionstests, die in der veröffentlicht wurden Zeitschrift für Magnesium und Legierungen: In 3,51TP3 T-Salzlösung hatte AZ91 in den ersten Stunden eine etwas höhere anfängliche Korrosionsbeständigkeit als die Az31-Magnesiumlegierung, war jedoch beim Langzeit-Eintauchen (>3 Stunden) aufgrund der Untergrabung der -MgAl-Phase weitaus stärker korrosion. Also kurzfristige Salztests könnten einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Betriebsleistung von AZ91 vermitteln.
WE43 ist eine Legierung mit weniger seltenen Erden, die eine vorhersehbarere langfristige Korrosionsleistung bietet und derzeit in Legierungen für biomedizinische Anwendungen verwendet wird, bei denen ein kontrollierter und vorhersehbarer Abbau erforderlich ist, beispielsweise biologisch abbaubare Mg-Knochenimplantate in simulierter Körperflüssigkeit.
Aus Sicht der CNC-Bearbeitung wird die genaue Bearbeitbarkeit jeder Sorte an der Spindel deutlich dargestellt. Während die AZ31-Knetplatte durch lange, verschränkte Späne erzeugt wird, die gefährlich sind, wenn sie nicht unter Kontrolle über den Brandfaktor gehalten werden, werden die Druckguss-AZ91-Knüppel mit kürzeren Spänen bearbeitet, feiner und einfacher zu evakuieren, während es zu Mikroporosität bei eingeschlossener Schneidflüssigkeit kommen kann, die nach der Bearbeitung zu schnellerer Korrosion führt, wenn sie nicht sauber und trocken ist.

Korrosionsschutz muss geschichtet verwendet werden. Keine einzelne Anwendung funktioniert. Die richtige Wahl für Magnesium hängt von der bewährten Magnesium-Dienstumgebung, der erforderlichen Lebensdauer und den Kostenbeschränkungen ab. Hier sind fünf Schutzmethoden, die nach Haltbarkeit geordnet sind.
Hier bei Lecreator sind wir in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern, einschließlich Oberflächenbehandlung, in der Lage, MAO, Eloxierung und chemische Umwandlung als Nachbearbeitungsoberflächen für unsere Produkte bereitzustellen Präzisionsbearbeitungsdienstleistungen für korrosionsempfindliche Magnesiumkomponenten. Welches Finish Sie bevorzugen (oder benötigen), wird von der Arbeitsumgebung bestimmt. – Outdoor-Meeresgerät verwendet MAO plus Decklack, während Elektronik in Innenräumen normalerweise nur eloxiert werden muss.
Keine Beschichtung hält ewig Alle Beschichtungen brechen mit der Zeit ab (und jede mechanische Beschädigung setzt blankes Magnesium für weitere Korrosion frei. Planen Sie bei der Gestaltung Ihres Korrosionsschutzsystems, dass die Beschichtung zurückbleibt. – was die Auswahl der Legierungen und die Trennung auf Konstruktionsebene fast genauso wichtig macht wie die Beschichtung selbst.

CNC-Bearbeitung einer Magnesiumkomponente erfordert Kenntnisse sowohl über Korrosionsunterdrückung als auch über Brandschutz Erstens betrifft die Korrosion – und zweitens die Tatsache, dass Magnesium brennbar ist und Aluminium oder Stahl nicht.
Während der Bearbeitung können sich – Kohlenstoffpartikel aus den Schneidwerkzeugen in die Magnesiumoberfläche einbetten Diese Kohlenstoffeinschlussstellen bilden mikrogalvanische Zellen, die den Korrosionsfortschritt viel schneller machen Lecreator verwendet spezielle Hartmetall- und PCD-Werkzeuge (polykristalliner Diamant) für Magnesiumarbeiten (es werden keine Stahl-/Eisenwerkzeuge verwendet), um eine Kontamination des Materials zu verhindern.
Wichtig ist auch Kühlmitteltyp Wasserbasierte oder wasserlösliche Bearbeitungsflüssigkeiten reagieren mit Magnesiumspänen und Schnittflächen, wodurch Wasserstoff erzeugt und Korrosion ausgelöst wird. Wir bevorzugen leichtes Mineralöl oder Druckluft für die Mag-Bearbeitung (als Schmiermittel) und trocknen die Werkstücke sofort nach der Bearbeitung.
Die Spänebehandlung ist wichtig Unsere Späne werden nur in geschlossenen Stahlfässern gelagert, von anderen Stählen und Spänen bei jedem Schritt getrennt Magnesiumschrott ist sehr brennbar, und kann keinen Standard ABC-Feuerlöscher oder Löschmittel verwenden Nur ein Feuerlöscher der Klasse D oder ein trockenes (Sand) Löschmittel sind wirksam Per OSHA-Vorschriften für brennbaren Staub, „Anlagen, die Magnesium bearbeiten, müssen ordnungsgemäße Staubsammel- und Notfallmaßnahmen einhalten.
Mit 17 Jahren und über 1.000 abgeschlossenen Magnesiumbearbeitungsprojekten ist unser Team bei Magnesiumbearbeitungsfähigkeiten von Lecreator Diese Protokolle in jeden Produktionslauf eingebaut hat Wissen, wie man das Material praktisch handhabt, von der Werkzeugmaschine bis zum Regal, verhindert viele der Magnesium-Korrosionsprobleme, die wir auf dem Feld sehen.

Lecreator-Maschinen Magnesiumlegierungen mit speziellen Werkzeugen, feuerfesten Verfahren und nachbearbeitenden Oberflächenbehandlungsoptionen Senden Sie uns Ihre Zeichnung für eine kostenlose DFM-Beratung.
Dieses Wissensstück wurde von der technischen Abteilung von Lecreator erstellt, 17 Jahre lang Know-how in der Bearbeitung von Magnesiumlegierungen, die alle Materialien aus Magnesiumlegierung umfassen, unter Verwendung von CNC31, AZ91, WE43 und anderen. Die hier zitierten Korrosionsdaten stammen aus veröffentlichten Forschungsergebnissen, internen Tests, ASTM-Standards und OSHA-Quellen. Unsere Empfehlungen zur Oberflächenbehandlung sind das, was wir in tatsächlichen Produktionsumgebungen ausprobiert und getestet haben und wissen, dass wir in mehr als 1.000 Magnesiumjobs arbeiten.