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合金元素作用
- 作者:立博
- 來(lái)源:wwww.batiprim.com
- 發(fā)布時(shí)間:2025-05-09
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在鋁臺(tái)金犧牲陽(yáng)極材料中,ALZn-In-MgTi陽(yáng)極材料由于電流效率較高、腐蝕產(chǎn)物易脫落而在工程應(yīng)用上越來(lái)越廣泛,但這些陽(yáng)極材料電化學(xué)性能有待進(jìn)一步提高。研究表明,在 A1-Zn-In-Mg-Ti犧牲陽(yáng)極合金的基礎(chǔ)上,加人適量的稀土鈰、錳及硅改善了合金組織及其表面溶解狀況,可提高合金電化學(xué)性能。
Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti合金中加入0.5%Ce后,合金晶粒細(xì)化,提高了合金腐蝕均勻性,蝕點(diǎn)尺寸減小且均勻分布,電流效率由86.9%升至91%。經(jīng)XRD分析,合金中的偏析相為MgZn2及Al2CeZn2,通過(guò)對(duì)MgZn2及 Al2CeZn2合金進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,MgZn2及Al2CeZn2合金的電位比基體a-A1負(fù)。陽(yáng)極性的偏析相MgZn2及AlzCeZnz引發(fā)了合金點(diǎn)蝕,陽(yáng)極性偏析相對(duì)合金的活化溶解有重要作用,分布均勻、數(shù)量及大小適中的偏析相能改善鋁陽(yáng)極合金的溶解均勻性,進(jìn)而提高其綜合電化學(xué)性能。
合金元素Ce在鋁中溶解度小于0.05%(室溫),大部分以化合物狀態(tài)存在。合金熔煉時(shí)由于稀土元素在凝固界面前沿富集,會(huì)阻止其他合金元素向固溶體的擴(kuò)散,降低了溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度,使合金中的化合物數(shù)量增加。加0.5Ce的合金組織中,晶界偏析相明顯增多,另外晶界上的白亮帶(經(jīng)能譜分析主要是合金元素Mg及n的偏析)顯著窄化,說(shuō)明晶界上這些偏析元素形成了偏析相。偏析相增多,合金活化性能增強(qiáng),腐蝕均勻合金晶界上的白亮帶是溶質(zhì)元素偏聚形成的,容易引發(fā)合金晶間腐蝕,白亮帶寬,則合金晶間腐蝕傾向大,腐蝕均勻性差。若合金元素的加入能窄化晶界偏析帶,偏析帶中的合金元素形成均勻分布的偏析相,則改善合金不均勻溶解性。
同理,A1-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti合金中加人0.5%Mn后,合金晶粒明顯細(xì)化,晶界溶質(zhì)元素偏聚形成的白亮帶幾乎消失,合金腐蝕均勻性,電流效率也由86.9%升至90.3%但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。這是因?yàn)榧尤隡n的目的是為了消除或減緩雜質(zhì)Fe的有害影響,因?yàn)殡s質(zhì)鐵在鋁合金中通常以FeAl;相存在,金屬鋁電極電位較負(fù),F(xiàn)eAl;相電極電位較正,鋁合金中FeAl;相與鋁相形成腐蝕微電池,因此FeAl;相作為陰極相引起基體鋁自腐蝕降低合金電流效率。合金元素錳能能細(xì)化鋁合金晶粒,細(xì)化晶粒主要是通過(guò)MnAl化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。MnAl的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵(Fe),形成(Fe,Mn)Al相,該相電位與基體鋁電位接近,從而減小FeAl;相的有害影響。通過(guò)對(duì)加0.5Mn的時(shí)效合金進(jìn)行XRD及TEM分析可知,合金中主要偏析相為MgZn及AlMn相,通過(guò)對(duì)MgZn及AMn合金進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試AlMn合金的電位確實(shí)與基體a-A1相差無(wú)幾,加入Mn起到了細(xì)化晶粒及提高合金綜合電化學(xué)性能的目的。但是AlMn合金的電位隨著浸泡時(shí)間的推移而負(fù)移,這是由于基體溶解時(shí),AlMn也隨之溶解,其中A1的高化學(xué)活性,導(dǎo)致溶解的Mn離子被A1置換而富集在未溶解的 AlMn上,Mn的標(biāo)準(zhǔn)電位為一1.18V(SCE),使AlMn的電位隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而負(fù)移。由于加Mn主要目的是減小雜質(zhì)Fe的陰極有害作用,其形成的AlMn細(xì)化晶粒的效果比稀土元素Ce低,目AlMn電位比AlzCeZn正,對(duì)鋁合金的活化作用也比加Ce的差。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。由以上分析可見(jiàn)添加適量的Mn可以改善合金性能。
A1-5Zn-0.02In-1Mg-0.05T;合金中加人0.1%Si后,合金表面腐蝕均勻,電流效率高達(dá)95.2%,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。A1合金中Si的結(jié)晶潛熱大,結(jié)晶前沿放熱多,增加合金的流動(dòng)性,可以使合金元素有充足的時(shí)間溶人基體,而且Si的收縮率小,線膨脹系數(shù)小可以減少合金中的縮松、縮孔等缺陷,明顯提高含鋁合金鑄造性能,使合金組織成分均勻,含Si鋁合金電流效率較高的原因可能就是因?yàn)殍T造缺陷減少,降低了由此引起的合金的自腐蝕,另外由于合金鑄造性能的提高使低熔點(diǎn)合金元素In等在合金內(nèi)部分布均勻,提高了合金綜合電化學(xué)性能.