原标题：新型Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金铸造缺陷及表面状态对其耐海洋腐蚀性的影响

导读

稀土镁合金是航空、海洋装备轻量化的核心用材，但铸造缺陷与后续表面加工状态，是制约其海洋环境服役寿命的关键因素。中国航发湖南动力机械研究所联合多家科研单位开展专项研究，以新型Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金为研究对象，系统厘清渣气、缩松缺陷及不同表面加工方式对合金耐海洋腐蚀性能的影响机制，颠覆“表面越光滑耐蚀性越好”的固有认知，为海洋工况镁合金构件的质量控制与防腐优化提供了全新工程指导。

镁合金作为目前最轻的工程结构材料，比强度高、减震性能优异，在舰载装备、航空航天等轻量化领域具备不可替代的应用优势。但镁合金化学活性高、耐腐蚀性差，尤其是高盐、高湿的海洋复杂工况下，极易发生腐蚀失效，严重限制了其规模化服役应用。现有研究多聚焦合金成分、微观相对耐蚀性的影响，针对铸造过程产生的缩松、渣气缺陷，以及机加工、抛光、研磨等不同表面处理状态的耦合腐蚀机制研究较为薄弱。行业普遍存在认知误区，认为表面加工精度越高、光洁度越好，合金耐蚀性能越优异，缺乏针对性的试验数据与机理支撑，难以指导新型稀土镁合金的海洋防腐工艺优化。

为解决新型稀土镁合金海洋腐蚀防控难题，精准把控构件服役性能，中国航发湖南动力机械研究所联合河北钢研德凯科技有限公司、南方科技大学、钢铁研究总院有限公司等多家单位协同攻关，高级工程师彭文雅为第一作者、正高级工程师王凯为通讯作者的相关研究成果，以《新型Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金铸造缺陷及表面状态对其耐海洋腐蚀性的影响》为题正式刊发于《特种铸造及有色合金》2026年第46卷第3期。该文通过盐雾腐蚀、电化学测试等多种表征手段，定量分析铸造缺陷与不同表面状态对合金耐海洋腐蚀性能的影响差异，阐明缺陷诱发局部腐蚀、表面助剂残留加速腐蚀的核心机理，为不改变合金成分的前提下提升镁合金耐蚀性提供了全新思路。

该研究聚焦新型Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr稀土镁合金，针对性揭示缩松、渣气两类典型铸造缺陷的局部腐蚀机制；打破传统认知，证实抛光、研磨高光洁度表面耐蚀性反而劣于普通机加工表面，厘清了表面加工助剂残留的腐蚀副作用；通过宏观盐雾腐蚀与微区电化学测试相结合的方式，精准区分铸造缺陷、表面状态对腐蚀性能的影响权重，证实表面状态是影响合金整体耐蚀性的核心因素；研究结论无需改良合金配方，仅通过优化铸造工艺与表面处理方式即可提升防腐性能，落地性强、工程价值极高。

01 试验材料与研究方案设计

研究自主制备Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr新型稀土镁合金试样，通过调控铸造工艺，制备出无缺陷、缩松缺陷、渣气缺陷三类试样，并采用数字射线检测技术精准表征内部缺陷形貌。同时通过机加工、抛光、研磨三种不同工艺，制备差异化表面状态的试样。试验严格遵循国家军用标准与ASTM国际标准，配置人工模拟海水与盐雾试验溶液，通过96 h盐雾腐蚀试验、腐蚀质量损失测试、微观形貌表征、电化学性能测试等多种手段，系统对比不同试样的腐蚀行为差异，全方位评估缺陷与表面状态的腐蚀影响规律。

图1　铸造镁合金不同缺陷类型

02 合金基础微观组织与表面特征分析

通过全元素定量分析与金相表征明确了试验合金的成分与微观组织特征，合金基体中分布有不规则团聚Mg-Zr-Nd三元相，晶界处析出棒状Mg-Nd-Zr第二相，Zr元素可作为凝固形核核心优化组织。不同缺陷试样表面形貌差异显著，渣气缺陷呈现不规则微小圆孔，缩松缺陷为晶间分布的不规则大孔洞；不同加工试样的表面粗糙度呈现机加工＞研磨＞抛光的规律，且研磨试样初始表面已存在轻微腐蚀痕迹，为后续腐蚀性能差异提供了结构基础。

图2　铸造Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金金相组织形貌和EDS元素分析

03 铸造缺陷对合金海洋腐蚀性能的影响

盐雾试验结果表明，铸造缺陷会显著加剧镁合金局部腐蚀，无缺陷试样腐蚀速率最低、腐蚀程度最轻，缩松缺陷与渣气缺陷试样腐蚀速率明显更高，腐蚀坑更深、腐蚀范围更广。微观机理分析显示，缺陷区域紧贴晶界第二相，在电偶效应作用下会优先诱发局部腐蚀，加速腐蚀介质侵入。微区电化学测试进一步证实，缺陷区域电化学活性显著高于无缺陷区域，阴极反应更强，腐蚀驱动力更大，但由于缺陷仅分布在局部微区，对合金整体宏观腐蚀速率的影响相对有限。

图3　不同条件下铸造Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金的表面形貌

图4　不同加工方式下试样表面粗糙度

04 不同表面状态对合金耐蚀性能的影响

该研究颠覆传统认知，试验证明表面光洁度与耐蚀性并非正相关。三种加工方式中，普通机加工试样表面腐蚀速率最低、耐蚀性能最优，抛光试样次之，研磨试样耐蚀性最差。高光洁度的抛光、研磨表面之所以腐蚀更严重，核心原因是抛光膏、研磨膏等加工助剂易残留在试样表面，持续诱发、加速基体腐蚀，而机加工冷却液无残留、易清洗，可有效规避残留介质的腐蚀副作用。电化学测试结果印证该结论，机加工试样的膜电阻、电荷转移电阻远高于抛光、研磨试样，界面耐腐蚀阻力更大。

图5　不同条件下的铸造镁合金去除盐雾试验腐蚀产物前后宏观形貌

图6　不同条件下的铸造镁合金盐雾腐蚀质量损失结果及腐蚀坑统计

图7　铸造缺陷试样去腐蚀产物前后微观形貌及EDS元素分析

图8　不同加工方式试样去腐蚀产物前后微观形貌及EDS元素分析

05 腐蚀机理与工程控制策略分析

研究明确了两类因素的腐蚀作用差异，铸造缺陷主要诱发局部集中腐蚀，易造成应力集中，引发构件连锁失效；而表面加工状态直接决定合金整体腐蚀性能，影响权重远大于铸造缺陷，是工程防腐管控的核心关键点。基于试验机理，研究提出优化思路，相较于难以管控的铸造缺陷，表面处理工艺更易精准调控，可通过替换功能性缓释加工介质、优化表面后处理清洗工艺，消除助剂残留危害，同时弥补铸造缺陷带来的局部腐蚀短板，实现低成本、高效率提升镁合金海洋耐蚀性。

图9　不同条件下铸造镁合金的极化曲线

图10　不同条件下铸造镁合金的电化学阻抗谱

06 主要结论

（1）Mg-3Nd-Zn-Zr含量无缺陷试样表面几乎无任何空隙；渣气缺陷试样的表面有较多的微小孔洞，偏圆；缩松缺陷主要沿着晶间和相间分布，极不规则，这些缺陷都能明显地加快镁合金的局部腐蚀。

（2）Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金经过3种不同的表面加工方式处理后，经机加工的表面耐蚀性能最好，反而抛光和研磨的表面相对较差，这主要是因为抛光和研磨处理时添加剂有可能残留在表面，加速试样腐蚀。

（3）表面状态对该新型镁合金的总体腐蚀影响远超过铸造缺陷对局部腐蚀的影响。

07 引用格式

中文：彭文雅，焦亚兴，苏宏东，冷坤，李钢，赵宇，姚欣然，王凯，杨武强，吴海龙. 新型Mg-3Nd-2Gd-Zn-Zr镁合金铸造缺陷及表面状态对其耐海洋腐蚀性的影响［J］. 特种铸造及有色合金，2026，46（3）：368-375.

本文转载自：《特种铸造及有色合金》