Corrosione del magnesio: cause, tipi e metodi di prevenzione

Comprendere la corrosione del magnesio: dai meccanismi alle strategie di protezione comprovate

Il magnesio è il metallo strutturale più leggero che deve essere maneggiato dagli ingegneri 331TP3 più leggero dell'alluminio, 75% dell'acciaio Tuttavia, la velocità di corrosione del magnesio rimane il singolo maggior impedimento per un maggiore utilizzo nella produzione aerospaziale, automobilistica, elettronica e dispositivi medici Ha un potenziale di elettrodo standard di 2,37 V (vs.

SHE) e rimane all'estremità attiva (anodica) della serie galvanica.

Questa guida alla corrosione del magnesio fornisce un confronto dettagliato del meccanismo di degradazione del Mg, dei gradi comuni della lega, confronta la resistenza alla corrosione dei comuni gradi della lega di Mg e ti guida attraverso tecniche di protezione comprovate Sia che tu stia scegliendo una lega di magnesio per un nuovo design o indagando sui guasti da corrosione sulle parti attuali, queste informazioni e l'esperienza pratica ti consentiranno di fare scelte ingegneristiche più intelligenti.

Contenuto mostra

Perché il magnesio corrode la realtà elettrochimica

la corrosione del magnesio è elettrochimica Se il magnesio entra in contatto con l'acqua o un elettrolita, si ossiderà (rimuoverà gli elettroni) dissolvendosi come ioni Mg L'ossidazione avviene all'anodo formando MgOH) 2 e idrogeno molto questo è il motivo per cui a volte si vedono piccole bolle che escono da una superficie di magnesio corrodente.

Al suo centro, questa è una questione di termodinamica Il Potenziale Standard di Elettrodo per il magnesio è il più negativo di tutti i metalli strutturali, 2,37 volt contro il SHE. Il suo potenziale in serie galvanica (in un'acqua di mare ASTM G82 la serie galvanica) è stata determinata come 1,60 volt contro un riferimento Ag/AgCl, più di 600mV più negativo dello zinco, il metallo ingegneristico più attivo.

^2,37 V

Potenziale elettrodico standard (contro SHE)

1,74 g/cm³

Densità del metallo strutturale più leggero

600+mV

Più negativo dello zinco nella serie galvanica

A differenza dell'alluminio che crea uno strato di ossido AlO molto ben legato che impedisce ulteriori attacchi; il film di corrosione dell'idrossido di magnesio che si sviluppa su Mg è poroso e scarsamente aderente Fornisce solo una protezione parziale ed è anche molto facilmente bucato in ambienti di cloruro Questo spiega l'improvvisa escalation della corrosione del magnesio negli ambienti marini o di spruzzo di sale, mentre l'alluminio è abbastanza inalterato.

Nelle nostre officine di lavorazione CNC, si vede ripetutamente che semplicemente sedersi nell'aria umida dell'officina provoca l'opacizzazione della superficie sulle parti di magnesio appena lavorate, indicando che il meccanismo di corrosione del Mg si verifica quasi non appena lo strato di ossido nativo viene interrotto.

Tipi di corrosione del magnesio nelle applicazioni del mondo reale

il magnesio e le sue leghe possono subire diversi tipi di modalità di corrosione, ciascuna rispettivamente causata da diverse condizioni climatiche e metallurgiche. L'importanza del comportamento alla corrosione di ciascun tipo è, perché il sistema di protezione è diverso per ciascun caso.

Tipo di corrosione	Meccanismo	Aspetto visivo	Livello di rischio
Corrosione Galvanica	Il contatto con un metallo più nobile crea una cella elettrochimica; Il Mg si dissolve come anodo	Attacco accelerato nella zona di contatto, accumulo di prodotto di corrosione bianco	Alto
Corrosione del Pitting	Gli ioni cloruro scompongono la pellicola superficiale nei punti deboli localizzati	Piccole e profonde cavità sulla superficie	Medioalto
Corrosione generale (uniforme)	Anche la dissoluzione sulla superficie in elettroliti acidi o neutri	Irruvidimento e assottigliamento uniforme della superficie	Medio
Cracking di corrosione da sforzo (SCC)	L'effetto combinato di tensione di trazione + ambiente corrosivo avvia la propagazione delle cricche	Crepe ramificate, spesso intergranulari; potrebbe non mostrare corrosione superficiale visibile	Critico
Corrosione Filiforme	Corrosione filiforme sotto rivestimenti o vernici; l'umidità penetra in caso di difetti	Modelli di traccia dei vermi visibili sotto rivestimenti trasparenti	Medio

️ Errore comune

Il problema di corrosione originale che abbiamo osservato più spesso con i gruppi di magnesio è una forma di corrosione galvanica derivante dal contatto diretto con gli elementi di fissaggio in acciaio Gli ingegneri tendono a fissare gli alloggiamenti in magnesio ai telai in acciaio senza utilizzare alcuna forma di isolamento o rivestimento barriera e il prodotto di corrosione bianco appare nella circonferenza di ogni elemento di fissaggio nel giro di poche settimane La differenza potenziale tra magnesio e acciaio/acciaio dolce è sufficiente per produrre un rapido attacco localizzato in un ambiente interno con umidità relativamente elevata.

La tensocorrosione (SCC) è un altro argomento che merita una considerazione speciale per le parti di Mg che trasportano il carico Come indicato nella ricerca pubblicata nel Giornale della Società dei Minerali, dei Metalli e dei Materiali (JOM), la soglia di tensocorrosione cracking di AZ91 in acqua distillata e in 5 g/L NaCl è di 55-75 MPa. le parti che operano vicino a questi livelli di sollecitazione devono essere progettate solo con un grado di lega resistente al SCC.

Cosa influisce sul tasso di corrosione delle leghe di Mg

I tassi di corrosione nelle leghe di magnesio possono variare di 6 ordini di grandezza in base a 5 influenze principali Ottenere il design giusto è fondamentale per evitare la maggior parte dei problemi di corrosione sul campo.

Cinque fattori che accelerano la corrosione del magnesio

Impurità di metalli pesanti (F, Ni, Cu) (Firone, nichel e rame) sviluppano una solubilità solida molto bassa in Mg. Quando i loro livelli superano la soglia di tolleranza formano particelle intermetalliche catodiche per promuovere la corrosione microgalvanica. Dei tre, il nichel può essere da tre a cinque volte più dannoso del ferro a concentrazioni equimolari e il rame quello meno dannoso.
Composizione della lega e microstruttura (Frazione volumetrica, posizione e composizione delle particelle della seconda fase come - MgAl nelle leghe della serie AZ) inducono tutte celle microgalvaniche Anche la dimensione del grano, la tempra e la storia del processo influenzano le proprietà di corrosione della parte finita.
Ambiente 0 cloruri, umidità, pH (Ph Chloride ions) (Cl) sono gli aggressori primari Atmosfere marine sale stradale, e anche residui di impronte digitali (che NaCl) accelerano la corrosione e la corrosione generale Condizioni alcaline elevate (pH maggiore di 1,5) producono effettivamente tassi di corrosione più bassi perché il film superficiale Mg (OH) 2 diventa più stabile.
Contatto con metalli diversi (Contact with dissimile metals) Contatto diretto con acciaio, rame, ottone o altro metallo nobile produce una cella micro-galvanica La differenza di potenziale di corrosione guida la rapida dissoluzione anodica del componente Mg.
Condizioni superficiali 2 Superfici lavorate con utensili da taglio in ferro incorporato mostrano tassi di corrosione più elevati rispetto alle superfici pulite e lucidate I fluidi di lavorazione residui catalizzeranno anche la corrosione se non adeguatamente lavati via.

💡 Pro Tip (limite di tolleranza alle impurità)

Nel caso delle leghe di magnesio della serie AZ, il rapporto critico di peso Fe/Mn che avvia una rapida corrosione varia da 0,010 a 0,032 a seconda della lega esatta, ad esempio, AZ91 con 0,15% Mn ha un limite di ferro di circa 0,0048% (0,032 x 0,15%) Quando si acquista stock di lega di Mg, assicurarsi di ottenere il certificato del mulino e verificare che i livelli di Fe, Ni, Cu siano al di sotto dei loro limiti di soglia individuali.

A Lecreator, il nostro processo di selezione della lega per magnesio CNC i progetti iniziano esaminando la certificazione dei materiali per i livelli di impurità Abbiamo rifiutato le billette di Mg in entrata che superavano le specifiche dimensionali ma superavano il limite di Fe/Mn (esaminando il campo) un dettaglio che avrebbe causato la corrosione dei componenti in lega di Mg entro mesi dall'implementazione Questo controllo a monte ha impedito a diversi clienti di guasti alla garanzia.

Resistenza alla corrosione della lega di magnesio (Risposta alla corrosione della lega di magnesio) Gradi comuni di comparazione

Non tutte le leghe di magnesio si corrodono in modo simile La scelta del grado di lega avrà un impatto sulle prestazioni di corrosione, sulla resistenza e sulla lavorabilità Ecco un confronto tra le leghe lavorate più diffuse.

Proprietà	AZ31	AZ91	AZ80	WE43
Contenuto AL	3%	9%	8%	0% (basato su RE)
Resistenza alla corrosione	Moderato	Buono (a breve termine); si degrada nel tempo	Moderato	Buono (coerente a lungo termine)
Comportamento di corrosione	Attacco superficiale uniforme	Tasso inizialmente basso; accelera con l'indebolimento della fase β	Simile ad AZ91 con meno precipitati β	Microgalvanico attorno all'intermetallicità RE
Forza (UTS)	2555290 MPa	230275 MPa	340380 MPa	250295 MPa
Lavorabilità CNC	Eccellente (lamiera/lastra lavorata)	Molto buono (fuso pressofuso o a gravità)	Buono (forgiato/estruso)	Buono (richiede attrezzature più nitide)
Applicazioni Tipiche	Custodie per fogli, custodie per laptop, staffe	Alloggiamenti pressofusi, blocchi motore, coperture	Ruote forgiate, parti strutturali ad alta resistenza	Raccordi aerospaziali, impianti medici (biodegradabili)
Costo Relativo	$	$	$$	$$$

Una delle principali conclusioni delle estese prove di corrosione pubblicate nel Giornale del magnesio e delle leghe: nella soluzione salina 3.5%, AZ91 aveva un tasso iniziale di resistenza alla corrosione leggermente più alto rispetto alla lega di magnesio az31 nelle prime ore, ma durante l'immersione a lungo termine (>3 ore) la corrosione era molto più elevata a causa dell'indebolimento della fase - MgAl.e. i test di spruzzatura a breve termine potrebbero dare una falsa impressione delle effettive prestazioni di servizio di AZ91.

WE43 è una lega meno di terre rare che fornisce prestazioni di corrosione a lungo termine più prevedibili e viene attualmente utilizzata nelle leghe per applicazioni biomediche in cui esiste la necessità di una degradazione controllata e prevedibile, ad esempio impianti ossei Mg biodegradabili in fluidi corporei simulati.

Dal punto di vista della lavorazione CNC, l'esatta lavorabilità di ogni grado è chiaramente illustrata al mandrino Mentre la piastra lavorata AZ31 è generata da trucioli lunghi e aggrovigliati pericolosi se non tenuti sotto controllo rispetto al fattore fuoco, le billette AZ91 pressofuse sono lavorate da trucioli più corti, più fini e facili da evacuare mentre può verificarsi microporosità al fluido di taglio intrappolato che porta a una corrosione più rapida dopo la lavorazione se non pulite e asciutte.

Protezione dalla corrosione del magnesio: metodi comprovati che funzionano

La corrosione deve essere utilizzata in modo stratificato Nessuna tecnica funziona per ogni applicazione (protezione singola) La giusta scelta dipende dalla durata di vita richiesta, dai vincoli di costo. Ecco cinque metodi comprovati di protezione dalla corrosione classificati in base alla durabilità.

L'ossidazione micro-Arc (MAO /Plasma Electrolytic Oxidation) è un processo di scarica al plasma ad alta tensione in un elettrolita alcalino per produrre un rivestimento di ossido (10-100 m) direttamente sulla superficie del Mg. MAO produce rivestimenti densi e ben aderenti e fornisce la più alta protezione dalla corrosione dai trattamenti elettrochimici Recenti ricerche da PMC (2024) conferma che le leghe di magnesio trattate con MAO mostrano una resistenza alla corrosione notevolmente migliorata rispetto alle superfici non trattate.
L'anodizzazione-forma elettrochimicamente un sottile strato di ossido (5-25 m) sopra il materiale utilizzando una tensione applicata inferiore È meno forte di MAO e poco costoso, ma utile per gli alloggiamenti per l'elettronica di consumo e per l'uso in ambienti chiusi.
Rivestimenti di conversione chimica I rivestimenti di conversione libera di chromate (stannato di permanganato o a base di terre rare) formano uno strato molto sottile Solitamente utilizzati come fase preparatoria prima della verniciatura Può avere un costo inferiore ma fornisce solo una protezione moderata.
Rivestimento organico (vernice/polvere/E-cappotto) applicato la maggior parte sopra un rivestimento di conversione per la migliore protezione dalla corrosione E-cappotto (elettrodeposizione) ha dato la copertura uniforme su forme complesse punto debole è qualsiasi graffio, o imperfezione che espone Mg nudo (da cui il valore di un buon rivestimento sottostante).
Design-Level Prevention (Prevenzione di livello di progettazione) Evitare contatti metallici dissimili Utilizzare rondelle isolanti (nylon, PEEK), nastri barriera o applicare sigillante su tutti i giunti metallo-metallo Progettare percorsi di drenaggio in modo che l'acqua non possa accumularsi sulle superfici Mg. Questo non costa quasi nulla ma previene i guasti di corrosione più comuni.

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Scegli il grado della lega di Mg a seconda del tuo ambiente di corrosione (vedi tabella sopra)
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Applicare il trattamento superficiale immediatamente dopo la lavorazione non lasciare scoperto Mg esposto
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Isolare tutti i giunti metallici dissimili con barriere isolanti
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Verificare i livelli di impurità nei certificati delle materie prime prima della lavorazione
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Specificare i test in nebbia salina (ASTM B117) e le misurazioni della corrosione nei requisiti di qualificazione delle parti

Qui a Lecreator, lavorando con vari partner tra cui il trattamento superficiale, siamo in grado di fornire MAO, anodizzazione e conversione chimica come finiture post-lavorazione per il nostro servizi di lavorazione di precisione per componenti in magnesio sensibili alla corrosione. Quale finitura (o richiede) sarà dettata dall'ambiente di lavoro che preferisci, il rivestimento marino all'aperto utilizzerà MAO più rivestimento superiore, mentre l'elettronica all'interno di solito necessita solo di anodizzazione.

💡 Suggerimento Pro

Nessun rivestimento dura per sempre Tutti i rivestimenti si rompono nel tempo (e qualsiasi danno meccanico espone magnesio nudo per ulteriore corrosione Quando si progetta il sistema di protezione dalla corrosione, piano per il rivestimento da lasciare indietro per sempre il rivestimento che rende la selezione della lega e la separazione a livello di progettazione quasi importante quanto il rivestimento stesso.

Lavorazione CNC e corrosione del magnesio (CNC Machining and Magnesium Corrosion) (Cornice) Cosa devono sapere gli ingegneri

La lavorazione CNC di un componente in magnesio richiede la conoscenza sia della reiezione della corrosione che della sicurezza antincendio In primo luogo, la corrosione riguarda il magnesio e in secondo luogo, il fatto che l'alluminio o l'acciaio non sono infiammabili.

Rischi di corrosione indotti dalla lavorazione

Durante il training le particelle di carbonio degli utensili da taglio possono essere incorporate nella superficie del magnesio Questi siti di inclusione del carbonio formano celle micro-galvaniche che fanno progredire la corrosione molto più velocemente Lecreator utilizza utensili speciali in carburo e PCD (diamante policristallino) per lavori in magnesio (non viene utilizzato alcun acciaio/utensile di ferro) per evitare di contaminare il materiale.

Importante è anche il tipo fresco I fluidi di lavorazione a base di acqua o solubili in acqua reagiranno con trucioli di magnesio e superfici tagliate generando idrogeno oltre a istigare corrosione Preferiamo olio minerale leggero o aria compressa per la lavorazione meccanica magnetica (come lubrificante), e asciugare immediatamente i pezzi dopo la lavorazione.

Protocollo sulla sicurezza antincendio

️ Avviso di sicurezza critico

La movimentazione dei trucioli è importante I nostri trucioli sono conservati solo in fusti di acciaio chiusi, separati da altri acciai e trucioli in ogni fase del percorso I rottami di magnesio sono molto infiammabili e non possono utilizzare un estintore ABC standard o un mezzo estinguente Solo un estintore di Classe-D o un mezzo estinguente secco (sabbia) sono efficaci Per Norme sulle polveri combustibili OSHA, impianti di lavorazione del magnesio deve mantenere adeguate procedure di raccolta delle polveri e di risposta alle emergenze.

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Utilizzare utensili taglienti. (punti caldi e calore) genera particelle fini e deforma il chip.
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Utilizzare chip discontinui (regolando la velocità di avanzamento) non chip a nastro lungo.
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Conservare i trucioli in fusti di acciaio chiusi, separati da altri trucioli e metalli.
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Tenere l'estintore di classe D a portata di mano.
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Applicare il trattamento superficiale o qualche altro rivestimento entro 24 ore dall'operazione di lavorazione.

Con 17 anni e oltre 1.000 progetti di lavorazione del magnesio completati, il nostro team di Capacità di lavorazione del magnesio di Lecreator ha costruito questi protocolli in ogni ciclo di produzione Sapere come gestire praticamente il materiale, dalla macchina utensile allo scaffale, previene gran parte dei problemi di corrosione del magnesio che vediamo sul campo.

Domande frequenti sulla corrosione del magnesio

D: Il magnesio è altamente corrosivo?

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Il magnesio in sé non è corrosivo MA è molto facile da corrodere Con un elettrodo standard di 2,37 V, il magnesio è il più elettrochimicamente attivo di tutti i metalli strutturali standard Si corrode più velocemente di alluminio, zinco o anche acciaio nella maggior parte degli ambientisoprattutto se è presente umidità, sale, contatto con altri metalli dissimili Tuttavia, con una scelta corretta della lega e un trattamento superficiale, le parti in magnesio possono fornire una durata accettabile anche in ambienti moderatamente difficili.

D: Come impedire al magnesio di corrodersi?

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Cinque modi comprovati per migliorare la resistenza alla corrosione: (1) Proteggere il magnesio applicando trattamenti superficiali come ossidazione a microarco (MAO) o anodizzazione. (2) Rivestimento con rivestimenti di conversione chimica per prepararsi alla verniciatura. (3) Proteggere il magnesio dal contatto con altri metalli diversi con separatori come rondelle e guarnizioni isolanti o con rivestimenti barriera. (4) Scegliere gradi di lega di elevata purezza che contengano impurità minime di Fe, Ni e Cu. (5) Progettare gruppi che eliminino l'acqua dalle superfici di magnesio e impediscano il drenaggio.

Q: Il magnesio arrugginisce?

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No. Ruggine significa ossido di ferro (Fe2O3), che si forma solo su ferro e acciaio Il magnesio corrode in modo diverso (produce idrossido di magnesio (OH) 2), una polvere bianca sulla superficie.

D: Come si presenta la corrosione del magnesio?

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L'idrossido di magnesio (Mg (OH) si deposita sulla superficie bianca o grigio chiaro. Questa polvere è idrossido di magnesio. Nei casi più avanzati, può essere evidente una spottitudine grigio scuro o nera e vaiolature o grandi vesciche che si verificano sotto vernice, rivestimento o placcatura. Nel caso di attacco galvanico da un metallo diverso, tutto questo attacco è localizzato nella superficie di accoppiamento, con abbondante accumulo di ossido bianco attorno ai fori di fissaggio.

Q: Il cloruro di magnesio causa la corrosione?

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Sì. Uno degli acceleranti di corrosione più aggressivi per le leghe di magnesio è il cloruro di magnesio (MgCl) Questo composto è abbondante negli agenti antighiaccio stradali e negli ambienti marini L'anione cloruro (Cl) penetra nella pellicola protettiva di ossido di magnesio e innesca la corrosione per vaiolatura. Questo è il motivo per cui le parti di magnesio nelle auto utilizzate in climi più freddi richiedono in genere una protezione superficiale molto resistente MAO o rivestimenti multistrato.

D: Quanto sono resistenti le leghe di magnesio alla corrosione in ambienti difficili?

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Le leghe nude di magnesio mostrano una scarsa resistenza alla corrosione in ambienti aggressivi marini, impianti chimici o qualsiasi ambiente con elevata esposizione al cloruro o all'umidità Ma la giusta combinazione di grado della lega e finitura superficiale cambia completamente il quadro WE43 con MAO più uno strato superiore sigillato, ad esempio, può spingere la resistenza alla nebbia salina oltre le 500 ore durante i test ASTM B117. Abbinare il sistema di protezione alle condizioni di servizio reali Le custodie per elettronica per interni necessitano di molta meno armatura rispetto a una staffa automobilistica sottoscocca esposta al sale stradale tutto l'anno.

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Informazioni su questa analisi

Questo pezzo di conoscenza è stato preparato dal dipartimento di ingegneria di Lecreator, utilizzando 17 anni di know-how di lavorazione CNC che abbraccia tutti i materiali in lega di magnesioAZ31, AZ91, WE43 e altri I dati sulla corrosione qui citati provengono da ricerche pubblicate, test interni, standard ASTM e fonti OSHA Le nostre raccomandazioni sul trattamento superficiale sono ciò che abbiamo provato e testato in ambienti di produzione reali e sappiamo di funzionare in più di 1.000 lavori in magnesio.