【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(jī)械強(qiáng)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(zhǎng)幾十倍,同時(shí)具有可回收利用和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。Zn-Cu-Ti合金多應(yīng)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(duì)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(kuò)大該合金應(yīng)用的關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)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(guò)熔配法加入Al-RE(Ce,Nd)中間合金,研究了合金各組分在熔點(diǎn)和沸點(diǎn)相近條件下的制備技術(shù),通過(guò)金相觀察、物相分析和硬度測(cè)試等方法探討合金的組織及力學(xué)性能。在組織及力學(xué)性能滿足建筑材料使用條件的基礎(chǔ)上對(duì)各組合金進(jìn)行耐蝕性能測(cè)試,系統(tǒng)的評(píng)價(jià)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(jī)理,為Zn-Cu-Ti合金在各極端腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。由實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)加入Al-RE后,所得Zn-Cu-Ti多元合金的晶粒尺寸被進(jìn)一步細(xì)化,且相分布更加均勻,但加入過(guò)量的稀土?xí)诰Ы缟隙逊e,對(duì)組織的均勻性造成一定負(fù)面影響。其中,稀土Ce化學(xué)性質(zhì)較活潑,容易自發(fā)聚集形成塊狀相,并在內(nèi)部作用力下在晶界的部分區(qū)域出現(xiàn)富集效果;相對(duì)而言稀土Nd化學(xué)性質(zhì)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(xì)晶強(qiáng)化和硬質(zhì)相彌散強(qiáng)化共同作用使合金硬度略有提高,但加入過(guò)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?yàn)?酸雨模擬液中為嚴(yán)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(yán)重腐蝕,堿性海水模擬液中為輕微的全面腐蝕和極少的點(diǎn)蝕。其中,在中性鹽溶液中,腐蝕機(jī)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(guò)量Nd易形成復(fù)雜的化合物相,導(dǎo)致合金表面產(chǎn)生電化學(xué)不均勻性,造成后期的嚴(yán)重腐蝕;在酸雨模擬液中,腐蝕機(jī)理主要是Cl~-與H~+的協(xié)同作用,加入Al-RE后的合金腐蝕相對(duì)嚴(yán)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(jī)理主要是Cl~-與OH~-的競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)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(diǎn)蝕的傾向。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU512
【圖文】：

東北石油大學(xué)碩士研究生學(xué)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(huì)部分互溶，在熔融狀態(tài)下則金二元相圖，由圖可見(jiàn)鋅在鋁中最大的溶解度是 1.14wt%反應(yīng)，即 Zn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占 86wt%的合金液體會(huì)與 Zn 質(zhì)量分 Zn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 72wt%的β相，屬于典型的面心立方結(jié)構(gòu)。4.9wt%的合金液體將出現(xiàn)共晶反應(yīng)，生成密排六方晶格結(jié) 的η相和含 82.8wt%Zn 的β相組成）。當(dāng)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(zhì)中形成致密的鈍化膜，使基體抵抗外界腐一；鋁優(yōu)異的導(dǎo)電性，相同長(zhǎng)度與截面的鋅電導(dǎo)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(qiáng)度[25-27]。

40wt%和 50wt%時(shí)，會(huì)分別出現(xiàn)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(jiàn)，鋅-銅系合金體系由一個(gè)共析轉(zhuǎn)變、一個(gè)有序化轉(zhuǎn)變和五個(gè)包晶轉(zhuǎn)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(zhǎng)大的作用很強(qiáng)，即該化合提高蠕變抗力。當(dāng)溫度較高時(shí)，合金組織中的 TiZn5化在 620℃左右分解。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2789707