微合金化鋁基陽(yáng)極材料的組織與性能.pdf

1、Al-Zn-In系陽(yáng)極合金由于電化學(xué)性能較好，腐蝕產(chǎn)物易脫落，在防腐工程領(lǐng)域逐漸推廣應(yīng)用，是目前國(guó)內(nèi)最有發(fā)展前景的犧牲陽(yáng)極材料，但其電化學(xué)性能有待提高，表面溶解均勻性差，至今未有有效的解決方法。稀土元素是細(xì)化鋁合金的首選元素，錳能有效凈化鋁合金中雜質(zhì)鐵元素，含硅的鋁合金具有極好的鑄造性能。因此通過(guò)微合金化加入適量的稀土元素細(xì)化晶粒改善組織、加入適量Mn降低雜質(zhì)元素的不利影響及加入適量Si元素減少合金鑄造缺陷是解決Al-Zn-In系陽(yáng)極材

2、料性能缺陷的有效途徑。
　　 本文通過(guò)成分設(shè)計(jì)，用適量Ce、Mn及Si對(duì)Al-Zn-In-Mg-Ti合金進(jìn)行微合金化，研究表明：對(duì)該合金進(jìn)行微合金化達(dá)到了預(yù)期目的，經(jīng)上海材料研究所檢測(cè)，Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti-(0.5Ce、0.1Si)犧牲陽(yáng)極材料具有優(yōu)良的綜合電化學(xué)性能，其電流效率分別達(dá)94％及93％，且合金溶解均勻，其性能指標(biāo)都高于目前工程上使用的犧牲陽(yáng)極材料，這兩種合金有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

3、r>　　 多元微合金化Al-Zn-In-Mg-Ti系合金的組織特點(diǎn)是偏析相增多，而該系合金的電化學(xué)性能比Al-Zn-In合金顯著提高。因此偏析相對(duì)合金的電化學(xué)性能有重要作用。這使得對(duì)多元微合金化陽(yáng)極材料的腐蝕機(jī)理也不能簡(jiǎn)單的沿用以前簡(jiǎn)單合金的腐蝕機(jī)理來(lái)解釋。
　　 據(jù)此，本文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)及透射電鏡(TEM)等檢測(cè)方法確定合金中的主要偏析相，然后采用不同測(cè)試技術(shù)，如極化曲線、電化學(xué)阻抗譜等，結(jié)合電

4、化學(xué)噪聲從不同方面研究合金中的偏析相在腐蝕過(guò)程中的變化，在此基礎(chǔ)上揭示鋁合金陽(yáng)極溶解機(jī)理。結(jié)果表明：該系合金都含有MgZn2偏析相，MgZn2偏析相相對(duì)于α-Al基體呈陽(yáng)極，具有活化鋁合金且不會(huì)引起α-Al自腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，這就保證了該系合金具有較高的電流效率。
　　 合金中添加0.5Ce后，一方面晶粒明顯細(xì)化，晶界溶質(zhì)元素偏聚帶明顯窄化，除了MgZn2外還形成陽(yáng)極性Al2CeZn2偏析相，這些陽(yáng)極性偏析相是合金溶解的活化點(diǎn)，最終改

5、善了合金不均勻溶解，同時(shí)也提高了合金的電流效率。合金中加入0.5Mn后，晶界溶質(zhì)元素偏聚帶窄化，其主要偏析相為MgZn2及Al6Mn相，Al6Mn細(xì)化晶粒及活化合金的效果比稀土元素Ce低，所以，Mn元素對(duì)合金綜合性能的改善效果不如稀土Ce元素顯著。合金中加入0.1％Si后，表現(xiàn)出穩(wěn)定的良好的綜合電化學(xué)性能，但Si元素對(duì)該合金性能的改善，不是由于偏析相的作用，主要是因?yàn)镾i元素能明顯提高Al合金的鑄造性能，減少合金中的鑄造缺陷，使合金組織

6、成份均勻。
　　 探討了該系合金在3.5％NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間的腐蝕形貌、電化學(xué)阻抗譜及電化學(xué)噪聲。結(jié)果表明：合金的初始溶解是由點(diǎn)蝕引起的，且點(diǎn)蝕都發(fā)生在偏析相處。用目前公認(rèn)的溶解-再沉積機(jī)理無(wú)法解釋偏析相的活化作用，必須結(jié)合偏析相優(yōu)先溶解引發(fā)點(diǎn)蝕進(jìn)一步解釋。合金腐蝕初期的電化學(xué)噪聲及其小波分析也驗(yàn)證了較高頻率的亞穩(wěn)態(tài)及穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕電位噪聲在小波分析各階能量中相對(duì)能量最高。此時(shí)電化學(xué)阻抗譜高-中頻端呈現(xiàn)的感抗弧也表明合金處于點(diǎn)

7、蝕階段。
　　 隨著腐蝕時(shí)間的延續(xù)，除了點(diǎn)蝕繼續(xù)擴(kuò)展外，合金晶粒內(nèi)出現(xiàn)了均勻麻點(diǎn)狀蝕坑，經(jīng)SEM及EDX分析，此時(shí)在合金表面能檢測(cè)到在鑄態(tài)合金中檢測(cè)不到的微量In元素，且麻點(diǎn)狀蝕坑位置的In含量明顯高于其余位置，說(shuō)明合金此時(shí)發(fā)生了In元素的溶解-再沉積。在此階段的電化學(xué)噪聲及其小波分析同樣印證了低頻的溶解-再沉積電位噪聲在小波分析各階能量中相對(duì)能量最高。電化學(xué)阻抗譜低頻端呈現(xiàn)出表征點(diǎn)蝕的感抗弧及表征溶解-再沉積的另一容抗弧。表明

8、合金此時(shí)處于點(diǎn)蝕及溶解-再沉積共同控制的腐蝕期。隨著腐蝕時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)。溶解-再沉積的均勻麻點(diǎn)狀蝕坑發(fā)生在合金整個(gè)表面，是合金最后均勻溶解的主要腐蝕形式。均勻腐蝕階段的電化學(xué)噪聲及其小波分析同樣印證了低頻有規(guī)律的溶解-再沉積電位噪聲在小波分析各階能量中相對(duì)能量最高。電化學(xué)阻抗譜低頻端呈現(xiàn)出逐漸增大的表征溶解-再沉積的另一容抗弧，驗(yàn)證了合金此時(shí)主要以溶解-再沉積的形式腐蝕。
　　 因此，Al-5Zn-0.03In-1Mg-0.0

9、5Ti系陽(yáng)極合金在NaCl溶液中的腐蝕包括以下三個(gè)階段：1.腐蝕開(kāi)始主要是由偏析相引發(fā)的點(diǎn)蝕期；2.隨后，合金以點(diǎn)蝕及晶粒內(nèi)部由Zn+、In+引發(fā)的溶解-再沉積兩種腐蝕形式同時(shí)溶解；3.合金腐蝕后期主要是Zn+、In+引發(fā)的溶解-再沉積的均勻腐蝕形式。
　　 本文的創(chuàng)新之處在于研制出了Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti-(0.5Ce、0.1Si)兩種高性能犧牲陽(yáng)極材料，其性能均高于目前工程上使用的材料。該類材料中陽(yáng)