AI-Zn-In系合金腐蝕機理

       在鋁合金犧牲陽極材料中，A1-Zn-In-Mg-Ti陽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)用上越來越廣泛，但這些陽極材料電化學(xué)性能有待進一步提高。研究表明，在A砦1-Zn-In-Mg-Ti犧牲陽極合金的基礎(chǔ)上，加入適量的稀土鈰、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合金中加人0.5%Ce后,合金晶粒細化,提高了合金腐蝕均勻性,蝕點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 AlbCeZnz,通過對MgZnz及 Al2CeZn2合金進行電化學(xué)測試,MgZnz及 Al2CeZn2合金的電位比基體a-A1負。陽極性的偏析相 MgZnzR AlkCeZnz引發(fā)了合金點蝕,陽極性偏析相對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普鋁陽極合金的溶解均勻性,進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。合金熔煉時由于稀土元素在凝固界面前沿富集,會阻止其他合金元素向固溶體的擴散,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Zn的偏析)顯著窄化,說明品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,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,Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti合金中加入0.5%Mn后,合金晶粒明顯細化,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元素對合金綜合性能的改善效果不如稀土Ce元素顯著。這是因為加人Mn的目的是為了消除或減級雜質(zhì)Fe的有害影響,因為雜質(zhì)鐵在鋁合金中通常以FeAl3相存在,金屬鋁電極電位較負,FeAl3相電極電位較正,鋁合金中FeAlз相與鋁相形成腐蝕微電池,因此,FeAlз相作為陰極相引起基體鋁自腐蝕降低合金電流效率。合金元素錳能能細化鋁合金晶粒,細化晶粒主要是通過MnAl6化合物彌散質(zhì)點對晶粒長大起阻礙作用.MnAl6的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵(Fe),形成(Fe,Mn) Als相,該相電位與基體鋁電位接近,從而減小FeAl3相的有害影響。通過對加 0.5Mn 的時效合金進行XRDR TEM分析可知,合金中主要偏析相為 MgZn2& AlsMn相,通過對 MgZnzR AlsMn合金進行電化學(xué)性能測試,AlsMn合金的電位確實與基體a-Al相差無幾,加人Mn起到了細化晶粒及提高合金綜合電化學(xué)性能的目的。但是AlsMn 合金的電位隨著浸泡時間的推移而負移,這是由于基體溶解時,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AI置換而富集在未溶解的AleMn上, Mn的標準電位為-1.18V (SCE),使AlsMn 的電位隨著時間的延長而負移。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AlsMn細化晶粒的效果比稀土元素Ce低,且AlsMn電位比AlzCeZnz正,對鋁合金的活化作用也比加Ce的差。所以,Mn元素對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,添加適量的 Mn可以改善合金性能。

          Al-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95.2%,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。Al合金中Si的結(jié)晶潛熱大,結(jié)晶前沿放熱多,增加合金的流動性,可以使合金元素有充足的時間溶人基體,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為鑄造缺陷減少,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。