本文關鍵詞：低壓鑄造法制備鉛—鋼層狀復合材料的技術與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《昆明理工大學》 2015年

低壓鑄造法制備鉛—鋼層狀復合材料的技術與性能研究

朱坤亮  

【摘要】：鉛-鋼層狀復合材料具有強度高、質量輕、耐腐蝕、導電性能良好以及電化學性能優(yōu)異等特點,在電化學工業(yè)、核屏蔽等領域具有巨大的應用價值和開發(fā)前景。然而Pb及Fe存在熱力學非互溶性的問題,因此本文在前期課題組研究基礎上采用鉛錫合金作為媒介金屬來改善Pb和Fe的非互溶性問題。本文利用界面能量補償原理,在鉛及鋼之間引入過渡介質鉛錫合金來降低Pb、Fe之間的結合自由能,即通過過渡介質鉛錫合金與Pb、Fe之間的兩兩互溶性來解決Pb、Fe之間的兩兩難溶性的問題。采用液相與固相界面之間的表面張力Y-G-G方程對過渡介質與鋼板之間的表面潤濕性進行計算。利用熱浸鍍的方法制備鍍有過渡介質鉛錫合金的鋼板,之后將鍍媒介合金鋼板放入鑄型中采用低壓鑄造復合法使鉛液進入鑄型使二者復合,最終得到了鉛-鋼層狀復合材料。本文借助掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)等分析方法對鉛-鋼層狀復合材料界面的微觀組織與形貌、元素的濃度分布進行了觀察及測試；借助X射線衍射(XRD)測試了鉛-鋼層狀復合材料的界面生成物相,對鉛/鋼低壓鑄造復合界面的形成機理進行了分析研究；并利用四電子探針法、材料強度試驗機以及電化學工作站等一系列分析方法,分別對鉛-鋼層狀復合材料的導電性能、界面之間的結合強度以及材料的電化學性能等綜合性能進行了分析測試。得到如下主要結論：(1)利用Y-G-G方程及表面張力和熔點關系對過渡介質Pb-60%Sn與基體的潤濕角進行了計算,結果表明：過渡介質Pb-60%Sn與鉛基體表面之間的潤濕角不大于39.9°,兩者之間具有良好的潤濕性；其與鋼基體表面之間的潤濕角大于109.1°,兩者之間具有較差的潤濕性。(2)鉛-鋼復合材料的界面微觀形貌、界面區(qū)各元素的濃度分布結果表明：充型溫度為380℃、410℃,鑄型溫度為150℃和200℃時,由于溫度較為適當,鋼板上的鉛錫合金不會由于充型溫度和鑄型溫度過高而長時間處于熔化狀態(tài)從而被沖刷或由于重力原因導致鉛錫合金層分布不均,也不會由于充型溫度和鑄型溫度過低而凝固較快,導致無法進行擴散反應,形成冶金結合。在這一溫度范圍內,各元素互擴散量較大,鉛、鋼界面結合良好,采用在鋼基體表面涂覆助焊劑(NH4Cl:ZnCl2=1.6:1),使Pb-60%Sn與鋼基體之間的潤濕性得到了改善。界面結合區(qū)域由鉛側的α-Pb固溶體與β-Sn固溶體以及鋼側的三元合金Pb-Sn-Fe所組成。(3)鉛-鋼復合材料的物理導電性能及界面結合強度分析測試結果表明：試樣的電阻率均隨充型溫度和鑄型溫度的升高而呈現(xiàn)先降低后升高的變化規(guī)律,除A2、A3、B2、B3試樣的電阻率低于Pb-0.2%Ag的電阻率外,其他試樣均高于Pb-0.2%Ag的電阻率；抗拉強度試驗中縮頸以及斷裂區(qū)域都在Pb基體上出現(xiàn),說明鉛-鋼復合材料界面區(qū)的結合強度高于Pb基體的抗拉強度。(4)電化學測試以及耐腐蝕性能測試的結果表明,在相同掃描電壓時,只有充型溫度及鑄型溫度適當而實現(xiàn)冶金結合的A2和B2試樣的電流密度最大,而其他試樣由于充型溫度和鑄型溫度過高或過低無法形成良好的冶金結合而導致電流密度較小,而在相同電流密度下,只有A2和B2試樣的極化電位較小。經過100小時的腐蝕測試,鉛-鋼復合材料試樣的腐蝕率為17.2g/m2.h,而Pb-0.2%Ag合金試樣的腐蝕率為35.83g/m2.h,前者是后者的48%左右,具有良好的耐蝕性能。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG249;TB331
【目錄】：

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