可溶铝合金的制备及其组织性能研究
发布时间：2020-12-28 19:47
可溶材料因其独特的溶解性能和机械性能等优势在生物医学、食品包装和石油压裂等领域具有广泛应用。在油气压裂环境中,可溶有机高分子材料和无机材料由于无法承受高温、高压等苛刻条件而不能满足工况要求。与之相反,可溶铝合金因其具有高产量、低密度、低成本和良好的机械性能等优点而备受关注。但纯铝在空气中容易形成氧化膜,阻碍溶解反应的进行,而且可溶铝合金目前普遍存在溶解均匀性差、溶解速率难以控制等缺点,以上因素严重限制了其在油气压裂领域的应用。本文采用高温熔炼法在纯铝中引入Zn、Sn和Ga等合金元素制备出了适用于油气压裂环境的可溶铝合金材料。采用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射等研究手段分析了不同含量的合金元素对可溶铝合金微观组织结构及物相组成的影响;利用失重法、电化学工作站和显微硬度计等测试方法研究了合金元素对可溶铝合金的溶解性能、电化学性能和硬度的影响;综合分析合金的微观组织结构和溶解性能,探讨了可溶铝合金的活化溶解机理。在纯铝中引入Sn元素后且随着Sn元素含量的增加,合金中产生了Al2Zn相和单质Sn相,平均晶粒尺寸先减小后增大,当Sn元素...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
溶解-再沉积机理示意图
第一章绪论7容易脱落，电位负移。J.T.Reding等人[14]研究发现，当铝基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%时，合金的电位将会降低0.22V，Zn含量超过5%后，电位将不在降低。此外，随着Zn含量的增加，可以促进ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩尔体积大于Al2O3氧化膜，同时多余的Zn在铝基体和Al2O3氧化膜之间富集，导致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室温下，锌在铝中的溶解度约为2%，当偏离平衡条件时，可能形成亚稳态的单相固溶体[42]。锌含量超过5%，锌将会沿着晶界偏析，造成晶间腐蚀倾向增大，合金表面溶解不均匀。图1-2为Al-Zn二元合金相图。图1-2Al-Zn二元合金相图Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在铝基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的电位负移，极大地提高合金的活性[43]。当Hg的添加量为0.01%~0.03%时，铝基可溶合金的电位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相关研究发现，Hg与Al基体形成液态汞齐，通过相互扩散作用将表面Al2O3钝化膜分离，之后在汞齐/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg与Al之间的湿润度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次钝化，使铝基体处于裸露状态被活化，图1-3为Hg对铝基可溶合金的活化过程。虽然Hg对铝基可溶合金的活化效果最佳，但出于对环境保护的考虑，目前已被其他活化元素代替。图1-3Hg对铝基可溶合金的活化过程示意图Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
第一章绪论7容易脱落，电位负移。J.T.Reding等人[14]研究发现，当铝基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%时，合金的电位将会降低0.22V，Zn含量超过5%后，电位将不在降低。此外，随着Zn含量的增加，可以促进ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩尔体积大于Al2O3氧化膜，同时多余的Zn在铝基体和Al2O3氧化膜之间富集，导致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室温下，锌在铝中的溶解度约为2%，当偏离平衡条件时，可能形成亚稳态的单相固溶体[42]。锌含量超过5%，锌将会沿着晶界偏析，造成晶间腐蚀倾向增大，合金表面溶解不均匀。图1-2为Al-Zn二元合金相图。图1-2Al-Zn二元合金相图Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在铝基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的电位负移，极大地提高合金的活性[43]。当Hg的添加量为0.01%~0.03%时，铝基可溶合金的电位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相关研究发现，Hg与Al基体形成液态汞齐，通过相互扩散作用将表面Al2O3钝化膜分离，之后在汞齐/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg与Al之间的湿润度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次钝化，使铝基体处于裸露状态被活化，图1-3为Hg对铝基可溶合金的活化过程。虽然Hg对铝基可溶合金的活化效果最佳，但出于对环境保护的考虑，目前已被其他活化元素代替。图1-3Hg对铝基可溶合金的活化过程示意图Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同Sn含量对Al-Zn-Ga-Si-Sn阳极性能的影响[J]. 胡崇巍,张海兵,郭建章,马力. 材料保护. 2019(04)
[2]Ga对Al-Zn-In-Mg-Ga-Sn合金阳极电化学性能的影响[J]. 张帅,邵刚勤,程旭东,张海兵,周娟,程文华. 电镀与精饰. 2018(12)
[3]扫描电镜能谱仪谱峰鉴别方法[J]. 孙秋香,宋庆军,卢慧粉,李丹丹. 理化检验(物理分册). 2018(10)
[4]压裂分隔工具用可溶合金的组织与性能[J]. 杨军,王建树,尹俊禄,韩振华. 机械工程材料. 2017(09)
[5]铝空气电池阳极材料的研究进展[J]. 李碧谕,东青,张佼,王俊,孙宝德. 中国材料进展. 2016(11)
[6]铝基合金水解制氢的研究进展[J]. 周向阳,杨焘,王辉. 材料导报. 2016(21)
[7]低熔点金属(Ga,In,Sn)对铝合金水解性能的影响（英文）[J]. 王凡强,王辉虎,王建,芦佳,罗平,常鹰,马新国,董仕节. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(01)
[8]医用镁金属材料的研发现状分析[J]. 李晓峰. 科技展望. 2015(16)
[9]生长速率对Al-Zn-Mg合金显微组织和溶质分布的影响（英文）[J]. A.L.RAMIREZ-LEDESMA,R.A.RODRíGUEZ-DíAZ,J.CHAVEZ-CARVAYAR,O.ALVAREZ-FREGOSO,J.A.JUAREZ-ISLAS. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
[10]投球滑套分段压裂用可分解压裂球[J]. 裴晓含,魏松波,石白茹,沈泽俊,王新忠,童征,付涛. 石油勘探与开发. 2014(06)
博士论文
[1]Fe、Si、Cu和In含量对铝合金牺牲阳极性能影响研究[D]. 王树森.大连海事大学 2017
[2]微合金化铝基阳极材料的组织与性能[D]. 马景灵.兰州理工大学 2009
[3]Mg-Hg-Ga阳极材料合金设计及性能优化[D]. 冯艳.中南大学 2009
硕士论文
[1]低熔点液态合金激活铝合金铸锭的水解制氢性能研究[D]. 汤忠毅.大连理工大学 2017
[2]Fe-Ce-As系高温产物的研究[D]. 杨维宇.贵州大学 2016
[3]合金元素对Al基合金溶解性能的影响及机理分析[D]. 潘博炜.陕西科技大学 2016
[4]电池用Al-Ga-Mn-Mg阳极材料的制备与性能研究[D]. 梁明岗.河南科技大学 2015
[5]Mg、Sn合金化Al-Ga-Mn-Bi系阳极材料的研究[D]. 李登辉.河南科技大学 2014
[6]低电位牺牲阳极电化学性能研究[D]. 曲本文.青岛科技大学 2014
[7]铝/空气电池用Al-Ga/In-Mg-Sn-Si阳极材料研究[D]. 邵海洋.河南科技大学 2013
[8]Al-Zn-Sn-Ga阳极合金孔蚀发展及腐蚀行为的研究[D]. 李君峰.河南科技大学 2012
[9]Al-Mg-X（Hg，Sn，Ga）阳极材料组织和性能的研究[D]. 张纯.中南大学 2011
[10]Mg-ZnO-HA可降解镁合金生物材料的生物相容性研究[D]. 张丹.中南大学 2011
本文编号：2944304
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
溶解-再沉积机理示意图
第一章绪论7容易脱落，电位负移。J.T.Reding等人[14]研究发现，当铝基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%时，合金的电位将会降低0.22V，Zn含量超过5%后，电位将不在降低。此外，随着Zn含量的增加，可以促进ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩尔体积大于Al2O3氧化膜，同时多余的Zn在铝基体和Al2O3氧化膜之间富集，导致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室温下，锌在铝中的溶解度约为2%，当偏离平衡条件时，可能形成亚稳态的单相固溶体[42]。锌含量超过5%，锌将会沿着晶界偏析，造成晶间腐蚀倾向增大，合金表面溶解不均匀。图1-2为Al-Zn二元合金相图。图1-2Al-Zn二元合金相图Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在铝基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的电位负移，极大地提高合金的活性[43]。当Hg的添加量为0.01%~0.03%时，铝基可溶合金的电位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相关研究发现，Hg与Al基体形成液态汞齐，通过相互扩散作用将表面Al2O3钝化膜分离，之后在汞齐/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg与Al之间的湿润度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次钝化，使铝基体处于裸露状态被活化，图1-3为Hg对铝基可溶合金的活化过程。虽然Hg对铝基可溶合金的活化效果最佳，但出于对环境保护的考虑，目前已被其他活化元素代替。图1-3Hg对铝基可溶合金的活化过程示意图Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
第一章绪论7容易脱落，电位负移。J.T.Reding等人[14]研究发现，当铝基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%时，合金的电位将会降低0.22V，Zn含量超过5%后，电位将不在降低。此外，随着Zn含量的增加，可以促进ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩尔体积大于Al2O3氧化膜，同时多余的Zn在铝基体和Al2O3氧化膜之间富集，导致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室温下，锌在铝中的溶解度约为2%，当偏离平衡条件时，可能形成亚稳态的单相固溶体[42]。锌含量超过5%，锌将会沿着晶界偏析，造成晶间腐蚀倾向增大，合金表面溶解不均匀。图1-2为Al-Zn二元合金相图。图1-2Al-Zn二元合金相图Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在铝基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的电位负移，极大地提高合金的活性[43]。当Hg的添加量为0.01%~0.03%时，铝基可溶合金的电位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相关研究发现，Hg与Al基体形成液态汞齐，通过相互扩散作用将表面Al2O3钝化膜分离，之后在汞齐/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg与Al之间的湿润度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次钝化，使铝基体处于裸露状态被活化，图1-3为Hg对铝基可溶合金的活化过程。虽然Hg对铝基可溶合金的活化效果最佳，但出于对环境保护的考虑，目前已被其他活化元素代替。图1-3Hg对铝基可溶合金的活化过程示意图Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同Sn含量对Al-Zn-Ga-Si-Sn阳极性能的影响[J]. 胡崇巍,张海兵,郭建章,马力. 材料保护. 2019(04)
[2]Ga对Al-Zn-In-Mg-Ga-Sn合金阳极电化学性能的影响[J]. 张帅,邵刚勤,程旭东,张海兵,周娟,程文华. 电镀与精饰. 2018(12)
[3]扫描电镜能谱仪谱峰鉴别方法[J]. 孙秋香,宋庆军,卢慧粉,李丹丹. 理化检验(物理分册). 2018(10)
[4]压裂分隔工具用可溶合金的组织与性能[J]. 杨军,王建树,尹俊禄,韩振华. 机械工程材料. 2017(09)
[5]铝空气电池阳极材料的研究进展[J]. 李碧谕,东青,张佼,王俊,孙宝德. 中国材料进展. 2016(11)
[6]铝基合金水解制氢的研究进展[J]. 周向阳,杨焘,王辉. 材料导报. 2016(21)
[7]低熔点金属(Ga,In,Sn)对铝合金水解性能的影响（英文）[J]. 王凡强,王辉虎,王建,芦佳,罗平,常鹰,马新国,董仕节. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(01)
[8]医用镁金属材料的研发现状分析[J]. 李晓峰. 科技展望. 2015(16)
[9]生长速率对Al-Zn-Mg合金显微组织和溶质分布的影响（英文）[J]. A.L.RAMIREZ-LEDESMA,R.A.RODRíGUEZ-DíAZ,J.CHAVEZ-CARVAYAR,O.ALVAREZ-FREGOSO,J.A.JUAREZ-ISLAS. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
[10]投球滑套分段压裂用可分解压裂球[J]. 裴晓含,魏松波,石白茹,沈泽俊,王新忠,童征,付涛. 石油勘探与开发. 2014(06)
博士论文
[1]Fe、Si、Cu和In含量对铝合金牺牲阳极性能影响研究[D]. 王树森.大连海事大学 2017
[2]微合金化铝基阳极材料的组织与性能[D]. 马景灵.兰州理工大学 2009
[3]Mg-Hg-Ga阳极材料合金设计及性能优化[D]. 冯艳.中南大学 2009
硕士论文
[1]低熔点液态合金激活铝合金铸锭的水解制氢性能研究[D]. 汤忠毅.大连理工大学 2017
[2]Fe-Ce-As系高温产物的研究[D]. 杨维宇.贵州大学 2016
[3]合金元素对Al基合金溶解性能的影响及机理分析[D]. 潘博炜.陕西科技大学 2016
[4]电池用Al-Ga-Mn-Mg阳极材料的制备与性能研究[D]. 梁明岗.河南科技大学 2015
[5]Mg、Sn合金化Al-Ga-Mn-Bi系阳极材料的研究[D]. 李登辉.河南科技大学 2014
[6]低电位牺牲阳极电化学性能研究[D]. 曲本文.青岛科技大学 2014
[7]铝/空气电池用Al-Ga/In-Mg-Sn-Si阳极材料研究[D]. 邵海洋.河南科技大学 2013
[8]Al-Zn-Sn-Ga阳极合金孔蚀发展及腐蚀行为的研究[D]. 李君峰.河南科技大学 2012
[9]Al-Mg-X（Hg，Sn，Ga）阳极材料组织和性能的研究[D]. 张纯.中南大学 2011
[10]Mg-ZnO-HA可降解镁合金生物材料的生物相容性研究[D]. 张丹.中南大学 2011
本文编号：2944304
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