金属表面涂敷低熔点材料的组织与性能研究

发布时间：2017-04-09 15:00

  本文关键词：金属表面涂敷低熔点材料的组织与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：众所周知,在自然和特殊环境中钢铁的腐蚀损失是无比巨大的。国内外常采用热浸镀锌作为防止钢结构件腐蚀的方法,在空气干燥、洁净的环境中,热镀锌层对钢铁结构起着隔离保护和阴极保护的作用,防护时间可达十几年甚至几十年,被广泛应用于国民经济的多个领域。但是,当这些钢结构长期处于酸雨腐蚀环境下,会使起保护作用的热镀锌层发生电化学腐蚀,导致热镀锌层对钢铁表面的防护时间大大缩短。而传统的热镀锌工艺适用于含硅量比较低的沸腾钢,但是该技术应用到硅含量较高的活性钢时,常常会出现圣德林效应,即钢中过高的硅含量会明显提高Fe-Zn的反应活性。高硅活性钢镀件在热浸镀时,会出现表面光洁度不高、厚度增大不均匀以及粘附性差的镀层,降低镀锌产品质量,加大镀锌的生产成本。针对热浸镀锌在酸雨环境中的腐蚀行为和高硅活性钢的圣德林效应,本课题拟研究一种低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金,并将该合金用于活性钢表面的热浸镀镀层,并探索合金及其镀层的微观组织结构、机械性能测试、电化学腐蚀以及在模拟酸雨溶液中的腐蚀行为等。通过对Zn-Al-Sn-Bi合金及其在钢铁表面热浸镀镀层的研究分析得出:在Zn中添加Al、Sn和Bi元素后,Zn-Al-Sn-Bi合金试样的显微组织很明显得到细化,晶界间的析出物分布更加均匀,随着Sn含量的增加,Zn-Al-Sn-Bi合金的硬度和抗拉强度明显提高,平均腐蚀速率和自腐蚀电流密度都呈现先减小后上升的趋势;当Al和Bi含量一定而Sn含量为5%时,即Zn-15Al-5Sn-0.1Bi合金金相组织为等轴晶加细小的球状晶和骨骼状或蠕虫状晶粒,均匀而细密的金相组织对合金的强度和耐腐蚀能力具有很好的支撑作用,其硬度和抗拉强度最高,平均腐蚀速率达到最好状态,自腐蚀电流密度最小,力学性能和耐腐蚀性能良好。热浸镀镀层在加入Al、Sn、Bi元素后,合金镀层厚度显著降低,镀层的组织得到了一定的细化,ζ相异常生长的圣德林效应得到抑制;当Al和Bi含量一定时,随着Sn元素的加入,合金镀层厚度呈现先降低后增加的趋势,ζ相的生长呈现先减慢后加快趋势;当Sn元素含量为5%时,即Zn-15Al-5Sn-0.1Bi合金镀层厚度薄而均匀,该晶粒最为细小,排列相当整齐,晶界间的析出物也比较少且均匀,没有明显的缺陷,对基体起着很好的保护作用;Zn-Al-Sn-Bi合金镀层在模拟酸雨中的腐蚀行为和电化学腐蚀状况和其合金的情况基本一致,如上所述,其中Sn含量为5%时的Zn-15Al-5Sn-0.1Bi的平均腐蚀速率和腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性能最好,合金镀层的腐蚀产物均匀地覆盖于镀层表面,没有明显的缺陷,腐蚀层致密而牢固,从而隔绝氧化,且有效地阻碍腐蚀液向基体继续渗入,延缓腐蚀。
【关键词】：热浸镀 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金 组织结构 耐腐蚀性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 热浸镀在金属腐蚀防护的应用11-19
• 1.2.1 热浸镀镀层的种类11-15
• 1.2.2 热浸镀锌工艺的分类15-16
• 1.2.3 合金元素对热浸镀锌的作用机制16-17
• 1.2.4 浸镀温度和时间热浸镀锌镀层的影响17-19
• 1.3 热镀锌铝合金锌层研究进展及发展趋势19-22
• 1.3.1 热镀锌铝合金镀层研究进展19-21
• 1.3.2 热镀锌铝合金镀层的发展趋势21-22
• 1.4 热浸镀锌尚且存在的问题22-25
• 1.4.1 基体表面前处理过程复杂22-23
• 1.4.2 高硅活性钢浸镀时存在的圣德林效应23-24
• 1.4.3 热浸镀锌钢在酸雨中的腐蚀问题24-25
• 1.5 课题研究意义、目标、内容以及拟解决的关键问题25-27
• 1.5.1 课题研究意义25-26
• 1.5.2 课题研究目标26
• 1.5.3 课题研究内容26
• 1.5.4 拟解决的关键性问题26-27
• 第2章 实验方案27-29
• 2.1 实验总体技术路线及研究方法27
• 2.2 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金的制备及性能检测27-28
• 2.3 热浸镀Zn-Al-Sn-Bi合金镀层的制备及性能检测28-29
• 第3章 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金的组织与性能研究29-38
• 3.1 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金试样的制备29-30
• 3.2 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金试样的微观组织形貌分析30-33
• 3.3 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金试样的力学性能测试33-34
• 3.4 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金试样在模拟酸雨溶液中的浸态腐蚀分析34-36
• 3.5 低熔点Zn-Al-Sn-Bi合金试样在模拟酸雨溶液中的电化学腐蚀性能分析36-37
• 3.6 小结37-38
• 第4章 热浸镀Zn-Al-Sn-Bi合金镀层制备及形貌观察38-50
• 4.1 热浸镀Zn-Al-Sn-Bi合金镀层的制备38-41
• 4.1.1 实验材料及仪器38
• 4.1.2 基体材料表面的前处理38-39
• 4.1.3 热浸镀制备Zn-Al-Sn-Bi合金镀层39-41
• 4.2 Zn-Al-Sn-Bi合金镀层厚度测量41-42
• 4.3 Zn-Al-Sn-Bi合金镀层表面形貌观察42-44
• 4.4 Zn-Al-Sn-Bi合金镀层截面形貌观察及分析44-49
• 4.4.1 镀层截面形貌观察44-45
• 4.4.2 镀层截面元素分布45-49
• 4.5 小结49-50
• 第5章 热浸镀Zn-Al-Sn-Bi合金镀层耐腐蚀性能分析50-58
• 5.1 模拟酸雨下的浸态腐蚀实验50-54
• 5.1.1 实验准备及实验步骤50-51
• 5.1.2 实验结果与分析51-54
• 5.2 电化学腐蚀54-56
• 5.2.1 实验准备及实验步骤54-55
• 5.2.2 实验结果与分析55-56
• 5.3 小结56-58
• 结论58-60
• 展望60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文67

【参考文献】

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本文编号：295482