AI-RE中间合金对Zn-Cu-Ti合金腐蚀性能影响研究

发布时间：2020-08-11 23:27

【摘要】：与金属锌相比,Zn-Cu-Ti合金不仅具备极佳的耐蚀性,也拥有更好的机械强度。用该合金板材替代传统的镀锌板作为屋顶覆盖材料,可使其使用年限延长几十倍,同时具有可回收利用和环保的优势。Zn-Cu-Ti合金多应用于建筑行业,随着人类居住的环境由普通的大气环境向酸雨、雾霾等极端环境发展,对建筑材料抗腐蚀的要求在不断提升。因此,研究Zn-Cu-Ti合金在极端环境下的腐蚀性能,是扩大该合金应用的关键。本文设计不同的Zn-Cu-Ti-Al-RE多元合金,首先采用真空熔铸法制备Zn-Cu-Ti合金,再通过熔配法加入Al-RE(Ce,Nd)中间合金,研究了合金各组分在熔点和沸点相近条件下的制备技术,通过金相观察、物相分析和硬度测试等方法探讨合金的组织及力学性能。在组织及力学性能满足建筑材料使用条件的基础上对各组合金进行耐蚀性能测试,系统的评价多元合金在中性盐溶液、酸雨模拟液和碱性海水模拟液中的耐蚀性能,确定腐蚀规律并探讨腐蚀机理,为Zn-Cu-Ti合金在各极端腐蚀环境中的应用提供实验依据。由实验观察发现加入Al-RE后,所得Zn-Cu-Ti多元合金的晶粒尺寸被进一步细化,且相分布更加均匀,但加入过量的稀土会在晶界上堆积,对组织的均匀性造成一定负面影响。其中,稀土Ce化学性质较活泼,容易自发聚集形成块状相,并在内部作用力下在晶界的部分区域出现富集效果;相对而言稀土Nd化学性质更稳定,容易形成尺寸较小的颗粒状化合物,并且能更均匀地分布。加入Al-RE后的细晶强化和硬质相弥散强化共同作用使合金硬度略有提高,但加入过量的Al-Ce中间合金,合金硬度稍有降低。制备的多元合金在中性、酸性和碱性三种典型模拟液中的腐蚀形貌有较大区别,腐蚀程度由大到小的顺序为:酸雨模拟液中为严重的全面腐蚀,中性盐模拟液中为轻微的全面腐蚀和局部的严重腐蚀,碱性海水模拟液中为轻微的全面腐蚀和极少的点蚀。其中,在中性盐溶液中,腐蚀机理主要是Cl~-的吸附破坏作用,添加Al-Ce的Zn-Cu-Ti合金可提升钝化膜的形成速度,而加入过量Nd易形成复杂的化合物相,导致合金表面产生电化学不均匀性,造成后期的严重腐蚀;在酸雨模拟液中,腐蚀机理主要是Cl~-与H~+的协同作用,加入Al-RE后的合金腐蚀相对严重,且随着添加量的增加,耐蚀性能降低;在碱性海水模拟液中,腐蚀机理主要是Cl~-与OH~-的竞争吸附作用,在该溶液中合金形成的腐蚀层的致密度较高,且钝化膜生长速度快、稳定性提高,加入Al-Nd中间合金后合金耐蚀性更佳,可有效减少发生点蚀的倾向。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU512
【图文】：

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东北石油大学硕士研究生学位论文锌-铜系、锌-钛系、锌-镁系、锌-铁系和锌-铅系。铝系合金：铝与锌在固态下会部分互溶，在熔融状态下则金二元相图，由图可见锌在铝中最大的溶解度是 1.14wt%反应，即 Zn 质量分数占 86wt%的合金液体会与 Zn 质量分 Zn 质量分数为 72wt%的β相，属于典型的面心立方结构。4.9wt%的合金液体将出现共晶反应，生成密排六方晶格结的η相和含 82.8wt%Zn 的β相组成）。当温度降至 275℃左变，生成α相与β相。铝是锌-铝系合金重要的元素，铝以些其它腐蚀介质中形成致密的钝化膜，使基体抵抗外界腐一；铝优异的导电性，相同长度与截面的锌电导值只有铝金属锌的两倍；纯铝较好塑性，也可焊性，与少量的 Mg、和增加强度[25-27]。

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40wt%和 50wt%时，会分别出现α+β相组织以及单β相组织。图 1-2 Zn-Cu 合金二元相图图 1-2 为该二元合金相图，由图可见，锌-铜系合金体系由一个共析转变、一个有序化转变和五个包晶转变组成。固态组织中存在六种相，分别为α、β、γ、δ、ε和η相，其

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系合金：钛在锌中的固溶度较低，其合金组织中一般含TiZn15等化合物相。图 1-3 为锌钛合金相图，在 Zn-TiZt%的 TiZn15，但其抑制晶粒长大的作用很强，即该化合提高蠕变抗力。当温度较高时，合金组织中的 TiZn5化在 620℃左右分解。

【参考文献】