钢层状复合材料的技术与性能研究

发布时间：2016-07-10 17:04

  本文关键词：低压铸造法制备铅—钢层状复合材料的技术与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《昆明理工大学》 2015年

低压铸造法制备铅—钢层状复合材料的技术与性能研究

朱坤亮  

【摘要】：铅-钢层状复合材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀、导电性能良好以及电化学性能优异等特点,在电化学工业、核屏蔽等领域具有巨大的应用价值和开发前景。然而Pb及Fe存在热力学非互溶性的问题,因此本文在前期课题组研究基础上采用铅锡合金作为媒介金属来改善Pb和Fe的非互溶性问题。本文利用界面能量补偿原理,在铅及钢之间引入过渡介质铅锡合金来降低Pb、Fe之间的结合自由能,即通过过渡介质铅锡合金与Pb、Fe之间的两两互溶性来解决Pb、Fe之间的两两难溶性的问题。采用液相与固相界面之间的表面张力Y-G-G方程对过渡介质与钢板之间的表面润湿性进行计算。利用热浸镀的方法制备镀有过渡介质铅锡合金的钢板,之后将镀媒介合金钢板放入铸型中采用低压铸造复合法使铅液进入铸型使二者复合,最终得到了铅-钢层状复合材料。本文借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等分析方法对铅-钢层状复合材料界面的微观组织与形貌、元素的浓度分布进行了观察及测试；借助X射线衍射(XRD)测试了铅-钢层状复合材料的界面生成物相,对铅/钢低压铸造复合界面的形成机理进行了分析研究；并利用四电子探针法、材料强度试验机以及电化学工作站等一系列分析方法,分别对铅-钢层状复合材料的导电性能、界面之间的结合强度以及材料的电化学性能等综合性能进行了分析测试。得到如下主要结论：(1)利用Y-G-G方程及表面张力和熔点关系对过渡介质Pb-60%Sn与基体的润湿角进行了计算,结果表明：过渡介质Pb-60%Sn与铅基体表面之间的润湿角不大于39.9°,两者之间具有良好的润湿性；其与钢基体表面之间的润湿角大于109.1°,两者之间具有较差的润湿性。(2)铅-钢复合材料的界面微观形貌、界面区各元素的浓度分布结果表明：充型温度为380℃、410℃,铸型温度为150℃和200℃时,由于温度较为适当,钢板上的铅锡合金不会由于充型温度和铸型温度过高而长时间处于熔化状态从而被冲刷或由于重力原因导致铅锡合金层分布不均,也不会由于充型温度和铸型温度过低而凝固较快,导致无法进行扩散反应,形成冶金结合。在这一温度范围内,各元素互扩散量较大,铅、钢界面结合良好,采用在钢基体表面涂覆助焊剂(NH4Cl:ZnCl2=1.6:1),使Pb-60%Sn与钢基体之间的润湿性得到了改善。界面结合区域由铅侧的α-Pb固溶体与β-Sn固溶体以及钢侧的三元合金Pb-Sn-Fe所组成。(3)铅-钢复合材料的物理导电性能及界面结合强度分析测试结果表明：试样的电阻率均随充型温度和铸型温度的升高而呈现先降低后升高的变化规律,除A2、A3、B2、B3试样的电阻率低于Pb-0.2%Ag的电阻率外,其他试样均高于Pb-0.2%Ag的电阻率；抗拉强度试验中缩颈以及断裂区域都在Pb基体上出现,说明铅-钢复合材料界面区的结合强度高于Pb基体的抗拉强度。(4)电化学测试以及耐腐蚀性能测试的结果表明,在相同扫描电压时,只有充型温度及铸型温度适当而实现冶金结合的A2和B2试样的电流密度最大,而其他试样由于充型温度和铸型温度过高或过低无法形成良好的冶金结合而导致电流密度较小,而在相同电流密度下,只有A2和B2试样的极化电位较小。经过100小时的腐蚀测试,铅-钢复合材料试样的腐蚀率为17.2g/m2.h,而Pb-0.2%Ag合金试样的腐蚀率为35.83g/m2.h,前者是后者的48%左右,具有良好的耐蚀性能。

【关键词】：
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG249;TB331
【目录】：

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