Zn-Al-Mg合金的熔炼及其腐蚀机理研究

发布时间：2020-06-27 06:25

【摘要】：本课题通过对感应熔炼Zn-Al-Mg合金熔炼行为和Zn-Al-Mg合金腐蚀机制的研究,在模拟海水腐蚀实验和电化学实验的基础上,研究Zn-Al-Mg合金的腐蚀过程和阴极保护作用,揭示Zn-Al-Mg合金的腐蚀机理,为Zn-Al-Mg合金冶金的应用提供基础数据支持。通过Zn-Al-Mg合金相图分析,初步确定共晶成分锌铝镁合金及其熔炼工艺参数;采用感应熔炼法制备一系列不同成分锌合金试样;通过X射线衍射仪(XRD)分析熔炼锌合金试样的物相,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等表征方法观察和分析其微观组织。通过在3.5%Na Cl溶液中的全浸腐蚀实验,分析计算不同成分锌合金自腐蚀速率,用X射线衍射仪分析腐蚀产物,采用扫描电镜观察分析锌合金试样在3.5%Na Cl溶液中腐蚀后的形貌以及微区成分;通过电化学实验研究锌合金试样在3.5%Na Cl溶液中的极化曲线、自腐蚀电流、自腐蚀电位和交流阻抗图谱,探讨锌合金的腐蚀性能及其腐蚀机理。通过锌铝镁合金在3.5%Na Cl溶液中的牺牲阳极法的阴极保护实验,分析其阴极保护工作电位、阴极保护工作电流、阴极保护电容量和阴极保护电流效率,探讨锌铝镁合金作为牺牲阳极材料的阴极保护效果。研究结果表明:采用Zn、5083铝合金、AZ31B镁合金,在熔炼温度为700℃,最佳浇铸温度为550℃时Al、Mg元素的烧损率为3%和12%,熔炼获得共晶合金Zn-6.02Al-3.1Mg和Zn-10.98Al-2.94Mg。这两种合金由枝晶状富Zn或Mg的Al固溶体组织、块状富Al或Mg的Zn固溶体组织、网状Zn/Al/Mg Zn2三元共晶组织组成。Zn-6.02Al-3.1Mg合金在3.5%Na Cl溶液的自腐蚀速率为0.0287 mg/m~2.h,约为纯Zn的1/8;阳极极化曲线钝化现象轻微,自腐蚀电位为-1.25 V,自腐蚀电流密度为1.31 m A/cm~2,交流阻抗值为13500Ω.cm~2。与Zn、Zn-5.7Al、Zn-10.98Al-2.94Mg合金相比,Zn-6.02Al-3.1Mg具有自腐蚀速率低、自腐蚀电位负、自腐蚀电流密度小、阳极钝化轻微等优点。Zn、Zn-5.7Al、Zn-10.98Al-2.94Mg和Zn-6.02Al-3.1Mg作为阳极,在3.5%Na Cl溶液中进行阴极保护实验结果表明,Zn、Zn-5.7Al、Zn-10.98Al-2.94Mg的阴极保护电位和保护电流稳定性不高,Zn-6.02Al-3.1Mg合金24小时后的阴极保护电位和保护电流就稳定在-950 m V左右和0.62~0.66 m A,阴极保护效率最大达到80.43%,在阴极保护过程中作为阳极具有较大和较稳定的电位热力学驱动力、稳定的阴极保护工作电流和较高的阴极保护电流效率。Zn-6.02Al-3.1Mg合金的腐蚀机制是Zn、Mg、Al等氧化反应为主,锌合金表面形成结构致密、粘连性好、导电性低的不溶性胶状物质羟基氯化锌Zn_5(OH)_8Cl_2.H_2O腐蚀产物,形貌如蜂巢结构膜,既不抑制阳极氧化反应、也不加速阳极自腐蚀过程,在锌合金表面形成致密的保护膜,对腐蚀介质的传输形成堵塞,有效的阻止腐蚀反应向锌合金内部进行,是一种保护性腐蚀产物。与纯Zn疏松多孔的Zn O和Zn(OH)_2等大量针叶状腐蚀产物是有区别的。而Mg的加入促进了Zn(OH)_2向Zn_5(OH)_8Cl_2.H_2O转变,抑制了Zn(OH)_2向Zn O的转变。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF813;TG178
【图文】：

近 30 年来，人们对它进行了非常细致地研究[12]。该系镀层不蚀性能，还拥有优良的涂装性、延展性及高的抗刮伤性能，能够重的腐蚀环境。但是在之前的研究中，锌铝镁合金多数以热镀在层的方式达到防腐蚀的目的，对于锌铝镁合金本身的耐腐蚀性能极材料的研究比较少，本文尝试对此进行探究。铝镁合金（Zn-Al-MgAlloys）锌铝镁合金的发展铝镁合金是在热浸镀技术快速发展的大环境下出现的[13]，如图 1种应用非常广泛的防腐方法，其最早在法国出现，并于 1836 年产[14]。而锌因为价格低廉、对环境危害性低及以下一些优异的性材的保护镀层。其一是在大气等环境下不容易被腐蚀；其二是具保护特性，锌与一些常见的金属如 Fe、Cu、Ni、Cr 等相比具有与电解液接触时，会优先牺牲自身，从而保护钢铁。

商 钢板商品名镀层成分（质量比Al Mg Si 制钢 ZAM 6.0 3.0 -- 日铁DymaZinc -- 0.5 -- Super Dyma 11.0 3.0 0.2集团 Magzie 1.6 1.6 -- 钢联 Corrender 2.0 2.0 -- gitter Stroncoat 1.0-2.0 1.0-2.0 -- 洛米塔尔 Magneils 3.5 3.0 -- 镁合金的三元相图三元合金相图如图 1-2，由 Zn-Al-Mg 三元合金相图知，含有富 Zn 相( HCP)、富 Al 相(FCC)、MgZn2相和 Mg2Z凝固中总共可能会存在六个二元反应和七个三元反应，可Al8，Mg3Zn3Al2，MgZn2，Mg2Zn11以及 Zn-Al 等化合物

【参考文献】

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本文编号：2731444