【摘要】：與金屬鋅相比,Zn-Cu-Ti合金不僅具備極佳的耐蝕性,也擁有更好的機械強度。用該合金板材替代傳統(tǒng)的鍍鋅板作為屋頂覆蓋材料,可使其使用年限延長幾十倍,同時具有可回收利用和環(huán)保的優(yōu)勢。Zn-Cu-Ti合金多應用于建筑行業(yè),隨著人類居住的環(huán)境由普通的大氣環(huán)境向酸雨、霧霾等極端環(huán)境發(fā)展,對建筑材料抗腐蝕的要求在不斷提升。因此,研究Zn-Cu-Ti合金在極端環(huán)境下的腐蝕性能,是擴大該合金應用的關鍵。本文設計不同的Zn-Cu-Ti-Al-RE多元合金,首先采用真空熔鑄法制備Zn-Cu-Ti合金,再通過熔配法加入Al-RE(Ce,Nd)中間合金,研究了合金各組分在熔點和沸點相近條件下的制備技術,通過金相觀察、物相分析和硬度測試等方法探討合金的組織及力學性能。在組織及力學性能滿足建筑材料使用條件的基礎上對各組合金進行耐蝕性能測試,系統(tǒng)的評價多元合金在中性鹽溶液、酸雨模擬液和堿性海水模擬液中的耐蝕性能,確定腐蝕規(guī)律并探討腐蝕機理,為Zn-Cu-Ti合金在各極端腐蝕環(huán)境中的應用提供實驗依據。由實驗觀察發(fā)現加入Al-RE后,所得Zn-Cu-Ti多元合金的晶粒尺寸被進一步細化,且相分布更加均勻,但加入過量的稀土會在晶界上堆積,對組織的均勻性造成一定負面影響。其中,稀土Ce化學性質較活潑,容易自發(fā)聚集形成塊狀相,并在內部作用力下在晶界的部分區(qū)域出現富集效果;相對而言稀土Nd化學性質更穩(wěn)定,容易形成尺寸較小的顆粒狀化合物,并且能更均勻地分布。加入Al-RE后的細晶強化和硬質相彌散強化共同作用使合金硬度略有提高,但加入過量的Al-Ce中間合金,合金硬度稍有降低。制備的多元合金在中性、酸性和堿性三種典型模擬液中的腐蝕形貌有較大區(qū)別,腐蝕程度由大到小的順序為:酸雨模擬液中為嚴重的全面腐蝕,中性鹽模擬液中為輕微的全面腐蝕和局部的嚴重腐蝕,堿性海水模擬液中為輕微的全面腐蝕和極少的點蝕。其中,在中性鹽溶液中,腐蝕機理主要是Cl~-的吸附破壞作用,添加Al-Ce的Zn-Cu-Ti合金可提升鈍化膜的形成速度,而加入過量Nd易形成復雜的化合物相,導致合金表面產生電化學不均勻性,造成后期的嚴重腐蝕;在酸雨模擬液中,腐蝕機理主要是Cl~-與H~+的協同作用,加入Al-RE后的合金腐蝕相對嚴重,且隨著添加量的增加,耐蝕性能降低;在堿性海水模擬液中,腐蝕機理主要是Cl~-與OH~-的競爭吸附作用,在該溶液中合金形成的腐蝕層的致密度較高,且鈍化膜生長速度快、穩(wěn)定性提高,加入Al-Nd中間合金后合金耐蝕性更佳,可有效減少發(fā)生點蝕的傾向。
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU512
【圖文】：

東北石油大學碩士研究生學位論文鋅-銅系、鋅-鈦系、鋅-鎂系、鋅-鐵系和鋅-鉛系。鋁系合金：鋁與鋅在固態(tài)下會部分互溶，在熔融狀態(tài)下則金二元相圖，由圖可見鋅在鋁中最大的溶解度是 1.14wt%反應，即 Zn 質量分數占 86wt%的合金液體會與 Zn 質量分 Zn 質量分數為 72wt%的β相，屬于典型的面心立方結構。4.9wt%的合金液體將出現共晶反應，生成密排六方晶格結 的η相和含 82.8wt%Zn 的β相組成）。當溫度降至 275℃左變，生成α相與β相。鋁是鋅-鋁系合金重要的元素，鋁以些其它腐蝕介質中形成致密的鈍化膜，使基體抵抗外界腐一；鋁優(yōu)異的導電性，相同長度與截面的鋅電導值只有鋁金屬鋅的兩倍；純鋁較好塑性，也可焊性，與少量的 Mg、和增加強度[25-27]。

40wt%和 50wt%時，會分別出現α+β相組織以及單β相組織。圖 1-2 Zn-Cu 合金二元相圖圖 1-2 為該二元合金相圖，由圖可見，鋅-銅系合金體系由一個共析轉變、一個有序化轉變和五個包晶轉變組成。固態(tài)組織中存在六種相，分別為α、β、γ、δ、ε和η相，其

系合金：鈦在鋅中的固溶度較低，其合金組織中一般含TiZn15等化合物相。圖 1-3 為鋅鈦合金相圖，在 Zn-TiZt%的 TiZn15，但其抑制晶粒長大的作用很強，即該化合提高蠕變抗力。當溫度較高時，合金組織中的 TiZn5化在 620℃左右分解。

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本文編號：2789707