可溶鋁合金的制備及其組織性能研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-28 19:47
可溶材料因其獨(dú)特的溶解性能和機(jī)械性能等優(yōu)勢在生物醫(yī)學(xué)、食品包裝和石油壓裂等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在油氣壓裂環(huán)境中,可溶有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料由于無法承受高溫、高壓等苛刻條件而不能滿足工況要求。與之相反,可溶鋁合金因其具有高產(chǎn)量、低密度、低成本和良好的機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。但純鋁在空氣中容易形成氧化膜,阻礙溶解反應(yīng)的進(jìn)行,而且可溶鋁合金目前普遍存在溶解均勻性差、溶解速率難以控制等缺點(diǎn),以上因素嚴(yán)重限制了其在油氣壓裂領(lǐng)域的應(yīng)用。本文采用高溫熔煉法在純鋁中引入Zn、Sn和Ga等合金元素制備出了適用于油氣壓裂環(huán)境的可溶鋁合金材料。采用金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）和X射線衍射等研究手段分析了不同含量的合金元素對可溶鋁合金微觀組織結(jié)構(gòu)及物相組成的影響;利用失重法、電化學(xué)工作站和顯微硬度計(jì)等測試方法研究了合金元素對可溶鋁合金的溶解性能、電化學(xué)性能和硬度的影響;綜合分析合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和溶解性能,探討了可溶鋁合金的活化溶解機(jī)理。在純鋁中引入Sn元素后且隨著Sn元素含量的增加,合金中產(chǎn)生了Al2Zn相和單質(zhì)Sn相,平均晶粒尺寸先減小后增大,當(dāng)Sn元素...
【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
溶解-再沉積機(jī)理示意圖
第一章緒論7容易脫落，電位負(fù)移。J.T.Reding等人[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%時(shí)，合金的電位將會降低0.22V，Zn含量超過5%后，電位將不在降低。此外，隨著Zn含量的增加，可以促進(jìn)ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩爾體積大于Al2O3氧化膜，同時(shí)多余的Zn在鋁基體和Al2O3氧化膜之間富集，導(dǎo)致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室溫下，鋅在鋁中的溶解度約為2%，當(dāng)偏離平衡條件時(shí)，可能形成亞穩(wěn)態(tài)的單相固溶體[42]。鋅含量超過5%，鋅將會沿著晶界偏析，造成晶間腐蝕傾向增大，合金表面溶解不均勻。圖1-2為Al-Zn二元合金相圖。圖1-2Al-Zn二元合金相圖Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在鋁基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的電位負(fù)移，極大地提高合金的活性[43]。當(dāng)Hg的添加量為0.01%~0.03%時(shí)，鋁基可溶合金的電位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，Hg與Al基體形成液態(tài)汞齊，通過相互擴(kuò)散作用將表面Al2O3鈍化膜分離，之后在汞齊/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg與Al之間的濕潤度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次鈍化，使鋁基體處于裸露狀態(tài)被活化，圖1-3為Hg對鋁基可溶合金的活化過程。雖然Hg對鋁基可溶合金的活化效果最佳，但出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，目前已被其他活化元素代替。圖1-3Hg對鋁基可溶合金的活化過程示意圖Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
第一章緒論7容易脫落，電位負(fù)移。J.T.Reding等人[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%時(shí)，合金的電位將會降低0.22V，Zn含量超過5%后，電位將不在降低。此外，隨著Zn含量的增加，可以促進(jìn)ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩爾體積大于Al2O3氧化膜，同時(shí)多余的Zn在鋁基體和Al2O3氧化膜之間富集，導(dǎo)致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室溫下，鋅在鋁中的溶解度約為2%，當(dāng)偏離平衡條件時(shí)，可能形成亞穩(wěn)態(tài)的單相固溶體[42]。鋅含量超過5%，鋅將會沿著晶界偏析，造成晶間腐蝕傾向增大，合金表面溶解不均勻。圖1-2為Al-Zn二元合金相圖。圖1-2Al-Zn二元合金相圖Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在鋁基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的電位負(fù)移，極大地提高合金的活性[43]。當(dāng)Hg的添加量為0.01%~0.03%時(shí)，鋁基可溶合金的電位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，Hg與Al基體形成液態(tài)汞齊，通過相互擴(kuò)散作用將表面Al2O3鈍化膜分離，之后在汞齊/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg與Al之間的濕潤度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次鈍化，使鋁基體處于裸露狀態(tài)被活化，圖1-3為Hg對鋁基可溶合金的活化過程。雖然Hg對鋁基可溶合金的活化效果最佳，但出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，目前已被其他活化元素代替。圖1-3Hg對鋁基可溶合金的活化過程示意圖Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同Sn含量對Al-Zn-Ga-Si-Sn陽極性能的影響[J]. 胡崇巍,張海兵,郭建章,馬力. 材料保護(hù). 2019(04)
[2]Ga對Al-Zn-In-Mg-Ga-Sn合金陽極電化學(xué)性能的影響[J]. 張帥,邵剛勤,程旭東,張海兵,周娟,程文華. 電鍍與精飾. 2018(12)
[3]掃描電鏡能譜儀譜峰鑒別方法[J]. 孫秋香,宋慶軍,盧慧粉,李丹丹. 理化檢驗(yàn)(物理分冊). 2018(10)
[4]壓裂分隔工具用可溶合金的組織與性能[J]. 楊軍,王建樹,尹俊祿,韓振華. 機(jī)械工程材料. 2017(09)
[5]鋁空氣電池陽極材料的研究進(jìn)展[J]. 李碧諭,東青,張佼,王俊,孫寶德. 中國材料進(jìn)展. 2016(11)
[6]鋁基合金水解制氫的研究進(jìn)展[J]. 周向陽,楊燾,王輝. 材料導(dǎo)報(bào). 2016(21)
[7]低熔點(diǎn)金屬(Ga,In,Sn)對鋁合金水解性能的影響（英文）[J]. 王凡強(qiáng),王輝虎,王建,蘆佳,羅平,常鷹,馬新國,董仕節(jié). Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(01)
[8]醫(yī)用鎂金屬材料的研發(fā)現(xiàn)狀分析[J]. 李曉峰. 科技展望. 2015(16)
[9]生長速率對Al-Zn-Mg合金顯微組織和溶質(zhì)分布的影響（英文）[J]. A.L.RAMIREZ-LEDESMA,R.A.RODRíGUEZ-DíAZ,J.CHAVEZ-CARVAYAR,O.ALVAREZ-FREGOSO,J.A.JUAREZ-ISLAS. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
[10]投球滑套分段壓裂用可分解壓裂球[J]. 裴曉含,魏松波,石白茹,沈澤俊,王新忠,童征,付濤. 石油勘探與開發(fā). 2014(06)
博士論文
[1]Fe、Si、Cu和In含量對鋁合金犧牲陽極性能影響研究[D]. 王樹森.大連海事大學(xué) 2017
[2]微合金化鋁基陽極材料的組織與性能[D]. 馬景靈.蘭州理工大學(xué) 2009
[3]Mg-Hg-Ga陽極材料合金設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化[D]. 馮艷.中南大學(xué) 2009
碩士論文
[1]低熔點(diǎn)液態(tài)合金激活鋁合金鑄錠的水解制氫性能研究[D]. 湯忠毅.大連理工大學(xué) 2017
[2]Fe-Ce-As系高溫產(chǎn)物的研究[D]. 楊維宇.貴州大學(xué) 2016
[3]合金元素對Al基合金溶解性能的影響及機(jī)理分析[D]. 潘博煒.陜西科技大學(xué) 2016
[4]電池用Al-Ga-Mn-Mg陽極材料的制備與性能研究[D]. 梁明崗.河南科技大學(xué) 2015
[5]Mg、Sn合金化Al-Ga-Mn-Bi系陽極材料的研究[D]. 李登輝.河南科技大學(xué) 2014
[6]低電位犧牲陽極電化學(xué)性能研究[D]. 曲本文.青島科技大學(xué) 2014
[7]鋁/空氣電池用Al-Ga/In-Mg-Sn-Si陽極材料研究[D]. 邵海洋.河南科技大學(xué) 2013
[8]Al-Zn-Sn-Ga陽極合金孔蝕發(fā)展及腐蝕行為的研究[D]. 李君峰.河南科技大學(xué) 2012
[9]Al-Mg-X（Hg，Sn，Ga）陽極材料組織和性能的研究[D]. 張純.中南大學(xué) 2011
[10]Mg-ZnO-HA可降解鎂合金生物材料的生物相容性研究[D]. 張丹.中南大學(xué) 2011
本文編號：2944304
【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
溶解-再沉積機(jī)理示意圖
第一章緒論7容易脫落，電位負(fù)移。J.T.Reding等人[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%時(shí)，合金的電位將會降低0.22V，Zn含量超過5%后，電位將不在降低。此外，隨著Zn含量的增加，可以促進(jìn)ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩爾體積大于Al2O3氧化膜，同時(shí)多余的Zn在鋁基體和Al2O3氧化膜之間富集，導(dǎo)致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室溫下，鋅在鋁中的溶解度約為2%，當(dāng)偏離平衡條件時(shí)，可能形成亞穩(wěn)態(tài)的單相固溶體[42]。鋅含量超過5%，鋅將會沿著晶界偏析，造成晶間腐蝕傾向增大，合金表面溶解不均勻。圖1-2為Al-Zn二元合金相圖。圖1-2Al-Zn二元合金相圖Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在鋁基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的電位負(fù)移，極大地提高合金的活性[43]。當(dāng)Hg的添加量為0.01%~0.03%時(shí)，鋁基可溶合金的電位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，Hg與Al基體形成液態(tài)汞齊，通過相互擴(kuò)散作用將表面Al2O3鈍化膜分離，之后在汞齊/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg與Al之間的濕潤度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次鈍化，使鋁基體處于裸露狀態(tài)被活化，圖1-3為Hg對鋁基可溶合金的活化過程。雖然Hg對鋁基可溶合金的活化效果最佳，但出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，目前已被其他活化元素代替。圖1-3Hg對鋁基可溶合金的活化過程示意圖Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
第一章緒論7容易脫落，電位負(fù)移。J.T.Reding等人[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁基可溶合金中Zn的含量在0.5%~5%時(shí)，合金的電位將會降低0.22V，Zn含量超過5%后，電位將不在降低。此外，隨著Zn含量的增加，可以促進(jìn)ZnAl2O4尖晶石的形成，由于ZnAl2O4尖晶石的摩爾體積大于Al2O3氧化膜，同時(shí)多余的Zn在鋁基體和Al2O3氧化膜之間富集，導(dǎo)致Al2O3氧化膜的破裂，合金活性提高。室溫下，鋅在鋁中的溶解度約為2%，當(dāng)偏離平衡條件時(shí)，可能形成亞穩(wěn)態(tài)的單相固溶體[42]。鋅含量超過5%，鋅將會沿著晶界偏析，造成晶間腐蝕傾向增大，合金表面溶解不均勻。圖1-2為Al-Zn二元合金相圖。圖1-2Al-Zn二元合金相圖Fig.1-2PhasediagramofAl-Znbinaryalloy汞（Hg）：在鋁基可溶合金中加入Hg元素可以使合金的電位負(fù)移，極大地提高合金的活性[43]。當(dāng)Hg的添加量為0.01%~0.03%時(shí)，鋁基可溶合金的電位由-0.3V降低到-1.0V（SCE）。Hg在Al中的固溶度很低，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，Hg與Al基體形成液態(tài)汞齊，通過相互擴(kuò)散作用將表面Al2O3鈍化膜分離，之后在汞齊/溶液界面形成新的氧化膜，使Hg與Al之間的濕潤度增加，阻止了原Al2O3氧化膜上破裂缺陷的二次鈍化，使鋁基體處于裸露狀態(tài)被活化，圖1-3為Hg對鋁基可溶合金的活化過程。雖然Hg對鋁基可溶合金的活化效果最佳，但出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，目前已被其他活化元素代替。圖1-3Hg對鋁基可溶合金的活化過程示意圖Fig.1-3SchematicdiagramofHgactivationprocessforaluminum-basedsolublealloys
【參考文獻(xiàn)】：
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[5]鋁空氣電池陽極材料的研究進(jìn)展[J]. 李碧諭,東青,張佼,王俊,孫寶德. 中國材料進(jìn)展. 2016(11)
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[8]醫(yī)用鎂金屬材料的研發(fā)現(xiàn)狀分析[J]. 李曉峰. 科技展望. 2015(16)
[9]生長速率對Al-Zn-Mg合金顯微組織和溶質(zhì)分布的影響（英文）[J]. A.L.RAMIREZ-LEDESMA,R.A.RODRíGUEZ-DíAZ,J.CHAVEZ-CARVAYAR,O.ALVAREZ-FREGOSO,J.A.JUAREZ-ISLAS. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
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博士論文
[1]Fe、Si、Cu和In含量對鋁合金犧牲陽極性能影響研究[D]. 王樹森.大連海事大學(xué) 2017
[2]微合金化鋁基陽極材料的組織與性能[D]. 馬景靈.蘭州理工大學(xué) 2009
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碩士論文
[1]低熔點(diǎn)液態(tài)合金激活鋁合金鑄錠的水解制氫性能研究[D]. 湯忠毅.大連理工大學(xué) 2017
[2]Fe-Ce-As系高溫產(chǎn)物的研究[D]. 楊維宇.貴州大學(xué) 2016
[3]合金元素對Al基合金溶解性能的影響及機(jī)理分析[D]. 潘博煒.陜西科技大學(xué) 2016
[4]電池用Al-Ga-Mn-Mg陽極材料的制備與性能研究[D]. 梁明崗.河南科技大學(xué) 2015
[5]Mg、Sn合金化Al-Ga-Mn-Bi系陽極材料的研究[D]. 李登輝.河南科技大學(xué) 2014
[6]低電位犧牲陽極電化學(xué)性能研究[D]. 曲本文.青島科技大學(xué) 2014
[7]鋁/空氣電池用Al-Ga/In-Mg-Sn-Si陽極材料研究[D]. 邵海洋.河南科技大學(xué) 2013
[8]Al-Zn-Sn-Ga陽極合金孔蝕發(fā)展及腐蝕行為的研究[D]. 李君峰.河南科技大學(xué) 2012
[9]Al-Mg-X（Hg，Sn，Ga）陽極材料組織和性能的研究[D]. 張純.中南大學(xué) 2011
[10]Mg-ZnO-HA可降解鎂合金生物材料的生物相容性研究[D]. 張丹.中南大學(xué) 2011
本文編號：2944304
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