（材料学专业论文）fe、zr及稀土对铝合金腐蚀性能影响研究.pdf

广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 蟊咩雨 学位论文使用授权说明 2 叫d 年月c 7 e l 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务： 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 函口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 做作者躲蔷释菊翮签名锄栉舢年石月罗日 f e 、z r 及稀土对铝合金腐蚀性能影响研究 摘要 本文采用电弧熔炼、高频熔炼等方法制备出含f e 、z r 及稀土铝合金，通 过x 射线衍射仪、金相显微镜、电化学测试方法、扫描电镜和能谱等对制备 合金的结构、动电位线性扫描极化曲线、浸泡与电化学腐蚀前后表面形貌 和合金成分的变化进行研究；并对f e 、z r 及稀土对铝合金耐腐蚀性能的影 响进行了系统的分析。结果表明：由于c 1 一离子的存在，铝合金在3 5 n a c l 溶液中发生点蚀破坏；a 1 f e z r r e 合金在0 1 mh 2 s 0 4 溶液中为活性溶解过 程，在0 1 mn a o h 溶液中腐蚀过程受氧扩散速度控制，腐蚀速率较大。在 铝合金中加入稀土c e 和n d ，均能够细化晶粒，改善合金微观结构，提高合 金在中性及碱性溶液中的耐蚀能力。通过对g d 基部分非晶态合金腐蚀性能 分析表明，高稀土含量合金耐蚀能力较差。f e 的引入能够改变合金的腐蚀 溶解过程，少量f e ( 0 2 a t ) 的引入能够缩短极化曲线的钝化区，f e 含量在 ( 2 o a t ) 以上时，合金逐渐变为活性溶解过程，腐蚀电流密度增加。合金腐 蚀主要产物为a 1 2 0 3 ，随着腐蚀进行，c e 元素在腐蚀表面层富集，有利于形 成连续钝化膜，并能减弱c l 一离子的影响，降低点蚀发生率。铝合金中稀土 c e 的存在能够降低f e 对合金腐蚀性能的损害作用，在改善合金结构性能的 同时保证合金耐腐蚀性能不至于降低。 关键词：铝合金；稀土；电化学；腐蚀行为 t h ee f f e c to f f e ，z ra n dr a r ee a r t ho n t h ec o r r o s i o no fa l u m i n u ma l l o y s a bs t r a c t f e ，z ra n dr a r ee a t ha l u m i n u ma l l o y sw e r ep r e p a r e db ya r cm e l t i n go r h i g h f r e q u e n c ym e l t i n g t h e s t r u c t u r ea n d c o m p o s i t i o n o f a l l o y s ， p o t e n t i o d y n a m i cl i n e a rp o l a r i z a t i o nc u r e ，t h ec h a n g e so ft h es u r f a c em o r p h o l o g y a n d c o m p o s i t i o n a f t e ri m m e r s i o na n de l e c t r o c h e m i c a lc o r r o s i o nw e r e i n v e s t i g a t e db yx - r a yd i f f r a c t i o n ，m e t a l l u r g i c a lm i c r o s c o p e ，e l e c t r o c h e m i c a l w o r k s t a t i o n ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ya n de d s a n dt h ei n f l u e n c eo ff e ， z ra n dr a r ee a r t ht ot h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fa l u m i n u m a l l o y s w a s s y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a ta l u m i n u ma l l o y sa r eo c c u r r e d p i t t i n gd a m a g e i n3 5 n a c ls o l u t i o nd u et ot h e p r e s e n c eo fc 1 - - i o n s a 1 - f e z r r ea l l o y sd i s s o l v ea c t i v e l yi no 1m h 2 s 0 4s o l u t i o n b e c a u s eo ft h e i n f l u e n c eo fo x y g e nc o n c e n t r a t i o ni nt h ep r o c e s so fd i f f u s i o n ，t h ec o r r o s i o nr a t e o ft h i sa l l o y sw a sh i g hi n0 1mn a o hs o l u t i o n t h ea d d i t i o no fr a r ee a r t hc e ， n di na l u m i n u ma l l o y sr e f i n e dt h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ea l l o y ，a n dt h ec o r r o s i o n r e s i s t a n c eo ft h i sa l l o yw a si m p r o v e di nn e u t r a la n da l k a l i n es o l u t i o n t h e c o r r o s i o na n a l y s i sf o rg d b a s e dp a r t l ya m o r p h o u sa l l o yi n d i c a t e dt h a tt h e c o r r o s i o nr e s i s t a n c e a b i l i t yr e d u c e d t h ec o r r o s i o nd i s s o l u t i o np r o c e s sc a i l c h a n g eb ya d d i t i o no ff ei na l u m i n u ma l l o y s p a s s i v a t i o nc a nb er e d u c e di nt h e p o l a r i z a t i o nc u r v ew h e nt h i sa l l o y sa d d i t i o no fas m a l la m o u n to ff e ( 0 2 a t ) t h ea l l o y sg r a d u a l l yc h a n g et ot h ea c t i v ed i s s o l u t i o np r o c e s sa n dt h ec o r r o s i o n c u r r e n td e n s i t yi si m p r o v e dw h e nf ec o n t e n ta b o v e2 0 a t i nt h i sa l l o y s a 1 2 0 3 w a st h em a i n l yc o r r o s i o np r o d u c t so ft h i s a l l o y s f o l l o wt h ec o n d u c t i o no f c o r r o s i o n ，c ec a ne n r i c h m e n ti nt h es u r f a c el a y e ro fc o r r o s i o n ，w h i c hi s b e n e f i c i a lt ot h ef o r m a t i o no fac o n t i n u o u sp a s s i v ef i l m ，a n dc a l lw e a k e nt h e i m p a c to fc 1 - - i o n s ，s ot h ec o r r o s i o np i tw a sr e d u c e d t h ep r e s e n c eo fr a r ee a r t h c ei na l u m i n u ma l l o y sc a nr e d u c et h ed a m a g eo fc o r r o s i o nr e s i s t a n c ef o rt h i s a l l o y sb e a t i n gf e ，w h i l et oi m p r o v es t r u c t u r ep r o p e r t i e so fa l l o y s k e yw o r d s ：a l u m i n u m a l l o y ；r e a re a r t h ；e l e c t r o c h e m i s t r y ；c o r r o s i o n b e h a v i o r i i i 目录 摘寻晕i a b s t r a c t i l 第一章前言。1 1 1 腐蚀与防护意义一1 1 2 金属腐蚀速度的表示1 1 2 1 重量法l 1 2 2 深度法2 1 2 3 电流密度指标2 1 3 金属腐蚀速度的电化学测定方法2 1 3 1 金属电化学腐蚀速度基本方程式2 1 3 2t a f e l 直线外推法3 1 3 3 线性极化法3 1 3 4 弱极化区三点法4 1 4 金属耐腐蚀机理5 1 4 1 纯金属元素耐蚀机理5 1 4 2 合金耐蚀作用机理5 1 5 铝合金的耐蚀性及研究现状。5 1 5 1 铝及其合金的耐蚀性5 1 5 2 铝及其合金的点蚀6 1 5 3 铝合金耐蚀性研究现状_ 6 1 6 非晶态合金耐腐蚀性能研究现状6 1 6 1 非晶态合金的一般耐蚀机理6 1 6 2 影响非晶腐蚀行为的相关因素7 1 6 3 铝基非晶态合金耐腐蚀性能研究现状7 1 7 本研究工作的目的、意义和方法7 第二章试验过程与测试方法9 2 1 样品制备过程9 2 2 样品测试方法9 2 2 1x r d 衍射方法9 2 2 2 浸泡实验分析方法。9 2 2 3 扫描电镜显微分析9 2 2 4 电化学测试及数据处理方法1 0 第三章a 1 z r - m ( m = f e 、c e 和n d ) 与舢f e m ( m = c e 、n d ) 合金腐蚀行为研究一1 1 3 1 引言1 1 3 2 实验过程1 2 3 3 结果与讨论1 2 3 3 1x r d 结果分析1 2 3 3 2 合金在3 5 n a c l 溶液中浸泡后形貌分析1 4 3 3 3 合金在3 5 n a c l 溶液中电化学腐蚀行为18 3 3 4 合金在0 1 mh 2 s 0 4 溶液中电化学腐蚀行为2 3 i v 3 3 5 合金在0 1 mn a o h 溶液中电化学腐蚀行为2 6 3 4 结论2 8 第四章a 1 一( f e ) ( c e ) 合金在3 5 n a c i 溶液中腐蚀行为研究3 0 4 1 弓l 言3 0 4 2 实验过程31 4 3 结果与讨论3 1 4 3 1x r d 结果分析3 1 4 3 2 合金在3 5 n a c l 溶液中浸泡后形貌分析3 3 4 3 3 合金在3 5 n a c l 溶液中电化学行为分析一3 6 4 3 4 合金在3 5 n a c i 溶液中电化学腐蚀后表面形貌分析4 0 4 3 5a 1 0 2 c e 合金在3 5 n a c l 溶液中电化学腐蚀后表面扫描电镜( s e m ) 及能 谱分析4 l 4 4 结 仑4 4 第五章总结与展望4 5 5 1 总兰吉4 5 5 2 问题与展望4 6 参考文献。4 8 致谢5 4 攻读学位期间发表论文情况。5 5 v f e 、z r 反稀土对铝合金庸蚀性能影响研究 1 1 腐蚀与防护意义 第一章前言 腐蚀是指由于材料和其所处环境发生反应而使材料和材料性质发生恶化的现象【1 1 。 金属腐蚀，是指金属与周围环境之间发生化学或电化学作用而引起的破坏与变质。 腐蚀反应使金属转变为氧化或离子状态，从零价变为腐蚀产物中的正价，实质是金属被 氧化的反应【2 1 。 金属腐蚀有多种分类方法。如按腐蚀机理不同，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物 理腐蚀。 金属材料的腐蚀几乎存在于生产和生活设备的所有领域，每年造成巨大损失。包括 经济损失、资源损失和社会责任等【3 1 。根据美、英两国腐蚀调查报告，世界每年由于腐 蚀而报废的金属设备和材料大约相当于金属年产量的2 0 - 4 0 ，而其中1 0 则因腐蚀 散失掉而无法回收【1 1 。 因此，加强对金属材料腐蚀与防护的研究，对于社会经济发展和环境保护，具有重 要的意义。 1 2 金属腐蚀速度的表示 金属腐蚀速度可用重量法、深度法和电流密度指标等来表示。 1 2 1 重量法 可分为失重法和增重法。失重法是指试样单位面积、单位时间质量的减少量，用于 腐蚀产物易于去除的情况，其公式为： 喉2 警( 1 - 1 ) 式中，1 ) 失为腐蚀速度，n 1 0 为试样腐蚀前的质量，1 1 1 l 为清除腐蚀产物后试样的质量，s 为试样表面积，t 为腐蚀时间。 增重法是指试样单位面积、单位时间质量的增加量，用于腐蚀产物附着于样品表面 的情况，公式如下： 1 广西大掣珥炙士学位论文 f e 、z r 覆稀土对铝合金庸蚀性能影响研究 = 等( 1 - 2 ) 5 7 式中，1 增为腐蚀速度，n 1 2 为带有腐蚀产物的试样质量。 重量法求得的是均匀腐蚀的平均腐蚀速度，不适用于局部腐蚀情况，由于没有考虑 金属的密度，不便于相同介质中对不同金属材料腐蚀速度的比较。 1 2 2 深度法 深度法能够表示金属腐蚀变薄的程度或腐蚀深度，还能方便的衡量密度不同的金属 的腐蚀程度，更具有实际意义。公式为： 嗨=型(1-3) p 式中，1 ) = 深为以腐蚀深度表示的腐蚀速度；p 为金属的密度。 若长度单位均为m m ，腐蚀时间t 取1 年且以小时计( 2 4 h x 3 6 5 ) ，则将失重法腐蚀 速度换算成腐蚀深度的公式为： 喙2 8 7 6 x 墨 ( 1 4 ) v 斗 p 式中，u 失单位为g ( m 2 x h ) ，1 ) 深的单位是m m a 。 1 2 3 电流密度指标 金属腐蚀通常是电化学腐蚀，常用电流密度指标i 黜来表示金属的电化学腐蚀速度。 若i 一的单位为a c m 3 ，金属密度p 单位为e ；e m 3 ，则与重量法和深度法有以下关系： 卿3 7 3 争 g ( m 2 鲥( 1 - 5 ) 喙：o 3 2 7 坠( m m 口) ( 1 - 6 ) 缈 重量法和深度法得到的是整个实验期间的平均腐蚀速度，而采用电化学方法( 如线 性极化法、极化电阻法等) 测得的是瞬时腐蚀速度。 1 3 金属腐蚀速度的电化学测定方法 1 3 1 金属电化学腐蚀速度基本方程式 由文献 4 】可知金属电化学腐蚀速度的基本方程式为： 2 广西大掌硕士掌位论文f e 、z r 及稀土对铝合金庸蚀性能影响研究 阴极极化时： i x = i c o r r e x p ( 警) _ e x p ( 一警) 】 ( 1 _ 7 ) 阳极极化时： ：f 一【e x p ( 挚) 一e x p ( 一铷 ( 1 - 8 ) b b k 这是电化学方法测定金属腐蚀速度的理论基础。测定金属电化学腐蚀电流i 。俯，通 过对腐蚀金属电极加以极化，使它偏离自腐蚀状态，测定该电极对外加极化的响应，就 可求得电化学动力学参数，如腐蚀速度i 。b a 与b k 等。常用方法有t a f e l 直线外推法、 三点法、方波法、线性极化法、交流阻抗法等。 1 3 2t a f e l 直线外推法 极化曲线的t a f e l 直线区可用来测定腐蚀速度。当用直流电对腐蚀金属电极进行大 幅( 5 0 m v ) 极化时，腐蚀过程动力学方程( 1 - 7 ) 、( 1 - 8 ) 右边第二项可忽略不计，化简为： k ：ic o , ，e x p ( 一三竽) 或魄：一k1 9 i o o + b rl g i x ( 1 - 9 ) u k i x ：ic o ，e x p ( 一毕) 或玑：一b al g o + b al g i a ( 1 - 1 0 ) 式( 1 9 ) 和( 1 - 1 0 ) q b 过电位和极化电流密度之间是半对数关系。将t 1 对1 百作图可得直线， 该直线称塔菲尔直线，极化曲线这一区域称为塔菲尔区，又叫强极化区。由直线的斜率 可求b a 与b k ，将阳极或阴极的塔菲尔直线外推到与r l = 0 的直线相交，交点对应的电流 为腐蚀电流i 。o 盯，或者由阴、阳极塔菲尔直线的交点得到i 。昕。 t a f e l 直线段测量需将电极极化到强极化区，电极电位与自腐蚀电位相距较远，此时 阴极或阳极过程与自腐蚀电位下有明显不同；另外，极化到t a f e l 直线段，所需电流较 大，容易引起电极真实表面积、表面状态和周围介质的变化，并且使溶液的欧姆电位降 的影响增加。这是该法的主要缺点，用线性极化法可以避免。 1 3 3 线性极化法 线性极化法测定金属腐蚀速度是指在小幅极化下( 过电位r l 、 山 c ) 0 9 山 l o g l l o g ( a c m 2 ) 图3 1 3 砧f e r e 铸态合金在3 5 n a c l 溶液中线性扫描动电位极化曲线 f i g 3 - 1 3p o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o ng u t v f o ra 1 一f e - r ea s - c a s ta l l o y i n3 5 n a c ls o l u t i o n 图3 1 3 为a 1 f e r e 铸态合金在3 5 n a c l 溶液中线性扫描动电位极化曲线。从该 图可以看出，含c e 合金在自腐蚀电位以上不久就出现钝化，电流开始下降，接着又急 剧上升，a 1 8 0 f e l 5 n d s 合金是在电位继续升高时才出现钝化，电流下降一段时间后，又接 着上升，两种合金都没有稳定的钝化区，而m 8 5 f e l o n d 5 就没有出现钝化现象，表3 2 中灿8 5 f e l o n d 5 合金腐蚀电流密度值较小，这说明f e 含量的增多使a 1 一f e - n d 合金自腐 蚀电位附近腐蚀电流密度有所增大，但有利于钝化区的形成。从表3 2 还可以看出， 础f e n d 合金比a 1 z r - n d 合金腐蚀电流要大一些，但还在同一数量级，但a 1 f e c e 合 2 1 广西大掌司r 士掌位。论文 f e 、z r 反稀土对铝合金腐蚀性能影响研究 金腐蚀电流密度比上面几种合金要小几个数量级，从极化电阻r d 值可以看出，该合金 的r p 值远大于其他合金，这就说明在自腐蚀电位附近，该合金表面与溶液之间的的极 化电阻很大，阻止电化学腐蚀的发生，从而降低腐蚀速率。 a 1 8 0 f e l o c e l o 合金主要有础、a 1 4 c e 、a 1 1 3 f e 4 等相。对于铝合金来说，f e 杂质的存 在与形成a 1 1 3 f e 4 等金属间化合物，对合金的耐腐蚀性能产生很大的影响【删。合金中 加入1 0 的f e ，由于形成砧1 3 f e 4 等化合物，尽管能提高合金的强度，但却使腐蚀速率 大大增加。而c e 的加入，一方面与舢生成a 1 4 c e 等金属间化合物，另一方面也同f e 发生作用，减少f e 对合金的有害作用，同时提高合金的机械性能和热稳定性，提高其 耐腐蚀能力。另外从图3 7 的腐蚀金相照片可以看出，随着易腐蚀相的溶解，合金晶粒 显现出来，而且抛光后的划痕清晰可见，这也说明合金基体相腐蚀损失很小，与电化学 方法得到的结果相同。 图3 1 4 甩带与吸铸部分非晶合金在3 5 n a c i 溶液中线性扫描动电位极化曲线 f i g 3 - 1 4p o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u r v ef o rg d 6 0 f e l s z r l s a l l o a n da l s 9 f e l 0 z r la l l o y si n3 5 n a c ls o l u t i o n 由图3 1 1 、3 1 3 的对比和表3 2 数据来看，用f e 替代a 1 z r - r e 中的z r ，对于稀土 c e 来说，腐蚀电流显著下降，而n d 则有稍微升高，但钝化现象都变得不明显，而且没 有明显的钝化区。这是由于f e 本身是铝合金耐腐蚀性的有害成分，f e 的引入，合金形 成a 1 1 3 f e 4 等多种金属间化合物，晶界增多，使合金的耐腐蚀性能显著下降。尽管稀土 2 2 广西大掌硕士掌位论文f e 、z r 反稀土对铝分龛囊r 蚀性能影响研究 的加入能与a l 、f e 之间形成稳定化合物，并使化合物的结构有所改变，降低对腐蚀性 能的损害【3 8 1 ，但由于f e 对腐蚀性能的损害，两者相互作用，使钝化膜的形成和稳定性 发生变化，所以钝化区变小，而a 1 8 5 f e l o n d 5 就没有出现钝化现象。 图3 1 4 为实验制得部分非晶合金在3 5 n a c i 溶液中线性扫描动电位极化曲线。与晶 态合金相比，砧8 9 f e l o z r l 甩带部分非晶的极化曲线的钝化区非常明显，在电位达到钝化 电位后，电流密度下降，然后在较低水平下稳定一段时间后，再急剧增加，进入过钝化 区，证明在部分非晶化后，在n a c l 溶液中阳极极化时，由于出现钝化现象，减少了合金 的腐蚀损失。从x r d 结果看，在该试样中有一定量的a l 晶体相，该相以纳米尺度均匀分 布在非晶基体上，能促进钝化膜的形成，从而阻止腐蚀进一步进行【5 0 1 。另外从腐蚀参数 来看，该样品的腐蚀电流密度远大于晶态合金，这是因为制样方法不同，甩带样品腐蚀 面积比晶态样品的小了几个数量级，缝隙腐蚀等其他因素对最终数据影响很大。 从g d 6 0 f e l 5 z r l 5 a 1 l o 铸态非晶合金的腐蚀曲线来看，该合金在阳极区也出现了短时 间的钝化，自腐蚀电位为1 3 2 4 v ，比a 1 z r 系和灿f e 系都要低很多，并且腐蚀电流密 度大了一个数量级，这说明高稀土g d 含量合金在n a c l 溶液中的耐腐蚀性能较差。 3 3 4 合金在o 1 mh 2 s 0 4 溶液中电化学腐蚀行为 表3 - 3o 1 mh 2 s 0 4 溶液中合金腐蚀参数 t a b l e3 - 3c o r r o s i o np a r a m e t e r so fa l l o y si n0 1mh 2 s 0 4s o l u t i o n 由表3 3 数据和图3 1 5 - - 一3 1 7 可知，a l s 0 z r 2 0 合金的极化曲线出现典型的钝化特征， 达到钝化电位之后，腐蚀电流密度开始下降，稳定一段时间后又快速升高【4 5 】。分别添加 稀土c e 和n d 后，都没有出现明显的钝化现象，白腐蚀电位有所下降，腐蚀电流密度 2 3 广西大掌硬士掌位论文 f e 、z r 及稀土对铝合金庸蚀性能影响研完 显著升高，证明加入稀土元素后反而使越z r 合金在o 1 mh 2 s 0 4 溶液中的耐腐蚀性能 下降【5 l 】。 将上述合金中的z r 用f e 替代，极化曲线都没有出现钝化现象，腐蚀电流密度都有 所增加。而对于a 1 f e z r 合金，z r 的减少使合金的腐蚀速率增加，同a 1 8 0 z r 2 0 相比，f e 的加入使腐蚀速率增大，但要小于a 1 z r - r e 合金与a 1 f e r e 合金，这说明在h 2 s 0 4 溶 液中，a 1 8 0 z r 2 0 的耐腐蚀性能最好，加入其他元素使合金腐蚀速率增加。这可能的原因 是在a 1 8 0 z r 2 0 中主要是a 1 3 z r 相【5 2 】，加入稀土后又生成其他相，相界增多，并且由于稀 土的高反应活性，易溶解于h 2 s 0 4 溶液中，使得腐蚀速率增加。对于砧f e z r 合金， f e 是危害耐腐蚀性能的元素，z r 则提高合金的耐腐蚀性能，所以随着z r 含量的减少， 耐腐蚀性能发生恶化。 对于g d 6 0 f e l 5 z r l 5 a 1 l o 合金，腐蚀电流密度比其他合金大了几个数量级，自腐蚀电 位也降低很多，这是因为该合金为部分非晶合金，基体中存在晶态相，并且稀土元素具 有高活性，高稀土含量合金耐腐蚀性能较差。 图3 1 5 a 1 - z r - ( r e ) 铸态合金在0 1 m h 2 s 0 4 溶液中线 生扫描动电位极化曲线 f i g 3 - 1 5p o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u r v ef o ra 1 - z r - ( r e ) a s - c a s ta l l o yi n0 1mh 2 s 0 4 s o l u t i o n 2 4 广西大掣凋暇士学位论文f e 、z r 及稀土对铝舌啥曩r 蚀性能影响研究 l o g l l o g ( n e r 0 2 ) 图3 1 6 a 1 f e r e 铸态合金在o 1 m h 2 s 0 4 溶液中线性扫描动电位极化曲线 f i g 3 - 1 6p o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o ng i l l i ef o ra 1 - f e - r ea s - c a s ta l l o yi no 1 mh 2 s 0 4s o l u t i o n 、 ，、 山 o 山 l o g l l o g ( n c m 2 ) 图3 一1 7 触f e z r 铸态合金与g d 6 0 f e l 5 z r l 5 舢l o 吸铸部分非晶合金在0 1 mh 2 s 0 4 溶液中 线性扫描动电位极化曲线 f i g 3 - 1 7p o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u r v ef o ra 1 一f e - z ra n dg d 6 0 f e l s z r l s a l l oa l l o y s i i l0 1 mh 2 s 0 4s o l u t i o n 、一山o)s山 f e 、z r 及稀土对铝合金庸蚀性能影响研究 3 3 5 合金在0 1 mn a o h 溶液中电化学腐蚀行为 表3 4o 1 mn a o h 溶液中合金腐蚀参数 t a b l e3 - 4c o r r o s i o np a r a m e t e r so fa l l o y si n0 1mn a o hs o l u t i o n 从图3 1 8 - - 3 2 0 与表3 4 数据来看，在o 1 mn a o h 溶液中，合金的腐蚀电流密度 都比较大，在m a c r n 2 量级，并且进入阳极极化区后不久就进入钝化状态，没有出现t a f e l 直线区，可能与合金中合金元素具有强烈的钝化倾向，阳极溶解时迅速形成氧化膜从而 阻止了金属阳极溶解反应有关5 3 1 。 l o g l l o g ( a c r n 2 ) 图3 1 8a i - z r - ( r e ) 铸态合金在o 。1 m n a o h 溶液中线性扫描动电位极化曲线 f i g 3 1 8p o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u l v ef o ra 1 一z r - ( r e ) a s - c a s ta l l o yi n0 1 mn a o hs o l u t i o n 广西大学硕士掌位论文f e 、z r 及稀土对铝合金腐蚀性能影响研究 1 5 1 0 o 5 岩0 0 ，) 二- o 5 - 1 0 1 5 - - 6 05 5- 5 0- 4 5- 4 0- 3 53 0- 2 5- 2 01 5 l o g l l o g ( n c r n 2 ) 图3 1 9 舢f e r e 铸态合金在0 1 m n a o h 溶液中线出扫描动电位极化曲线 f i g 3 - 1 9p o t e n f i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u r v ef o ra l f e - r ea s - c a s ta l l o yi no 1 mn a o hs o l u t i o n 1 5 1 o 0 5 c ) i t l 0 0 击o 5 1 0 1 5 - 5 0 - 4 5 - 4 0 - 3 5 - 3 0 - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 - 0 50 00 5 l o g l l o g ( n c r n 2 ) 图3 - 2 0 a 1 f e - z r 铸态与甩带合金在0 1 m n a o h 溶液中线性扫描动电位极化曲线 f i g 3 2 0p o t e n t i o d y n a r n i cp o l a r i z a t i o nc u r v ef o ra 1 一f e - z ra n da l s 9 f e l 0 z r ia l l o y si n0 1mn a o hs o l u t i o n 与m s o z r 2 0 合金相比，a 1 z r - r e 合金腐蚀电流密度小了一个数量级，维钝电流密度也 小了很多，这说明稀土的加入使得合金在0 1 mn a o h 溶液中变得更耐蚀。对于舢一f e r e 2 7 广西大掌硬士掌位论文 f e 、z r 及稀土对铝合金詹蚀性能影响研究 合金，腐蚀电流密度和维钝电流密度都与a 1 8 0 z r 2 0 合金相近，比砧z r - r e 合金要大了一个 数量级，这说明f e 取代合金中的z r 降低了合金在0 1 mn a o h 溶液中的耐腐蚀性能。从图 3 2 0 可以看出，a 1 f e z r 铸态合金极化曲线也与a 1 8 0 z r 2 0 合金相近，其中烈8 5 f e l o z r 5 合金 的腐蚀速率要大一些。 对于a 1 8 9 f e l o z r l 甩带部分非晶合金样品来说，其腐蚀电流密度要明显大于其他合 金，原因是甩带所得试样厚度很小( 2 5 岬) ，在小尺寸的表面，缝隙腐蚀对总腐蚀速 率的影响不可忽视，因此该数据与其它样品没有可比性。 3 4 结论 通过以上分析，综合x r d 、浸泡腐蚀形貌和电化学测试结果，总结如下： 1 在a 1 z r 合金中加入稀土元素后，在n a c l 溶液中钝化过程更明显，在较长的一 段电压范围内( o 1 5 0 2 v ) 电流基本没有变化，而且钝化电位更负，合金更易钝化，提 高合金的耐腐蚀效果。与c e 相比，含n d 合金腐蚀电流密度与维钝电流密度都要小， 但钝化区较短，综合比较说明此合金耐蚀性能更优。 2 用f e 替代a 1 z r - r e 中的z r ，对于稀土c e 来说，在n a c l 溶液中极化电阻如值 显著增加，腐蚀电流下降，而n d 则有稍微升高，两种合金钝化现象都变得不明显，而 且没有明显的钝化区。 3 与其他合金系相比，m f e z r 合金在n a c i 溶液中的k 值要小很多，相应的腐蚀 电流也要大一些，出现短暂或没有钝化区，说明该合金系在n a c l 溶液中不耐蚀。 4 在3 5 n a c l 溶液中，a 1 8 9 f e l o z r l 甩带部分非晶的极化曲线的钝化区非常明显，腐 蚀电流密度远大于晶态合金，因为制样时甩带样品腐蚀面积比晶态样品小了几个数量 级。g d 6 0 f e l 5 z r l 5 a 1 l o 铸态非晶合金自腐蚀电位为1 3 2 4 v ，l l a i z r 系和砧f e 系都要低， 且腐蚀电流密度大一个数量级，说明高稀土g d 含量合金在n a c l 溶液中的耐腐蚀性能较 j _ 征o 5 加入稀土元素后魁z r 合金在o 1 mh 2 s 0 4 溶液中的耐腐蚀性能下降。a 1 f e z r 合 金中z r 的减少使合金的腐蚀速率增加。在h 2 s 0 4 溶液中，a 1 8 0 z r 2 0 的耐腐蚀性能最好， 加入其他元素使合金腐蚀速率增加。 g d 6 0 f e l 5 z r l s a l l o 部分非晶合金在0 1 mh 2 s 0 4 溶液中腐蚀电流密度比其他合金大几 个数量级，自腐蚀电位也低很多，说明高稀土含量合金在h 2 s 0 4 溶液中耐腐蚀性能较差。 2 8 广西大掌硕士学位簧虼 f e 、z r 及稀土列镐番_ 叠叫譬蚀性能影响研究 6 在0 1 mn a o h 溶液中，合金的腐蚀电流密度都比较大，在m a f c l l l 2 量级，并且进入 阳极极化区后不久就进入钝化状态，没有出现t a f e l 直线。a 1 z r - r e 合金腐蚀电流密度小 了一个数量级，维钝电流密度也小很多，这说明稀土的加入使得合金在0 1 mn a o h 溶液 中变得更耐蚀。a 1 8 9 f e l o z r l 甩带部分非晶合金样品腐蚀电流密度明显大于其他合金，跟 制备样品的表面积有关。 2 9 广西大掌硕士掌位论文 f e 、z r 反稀土对铝合金庸蚀性能影响研究 第四章a 1 一( f e ) ( c e ) 合金在3 5 n a c l 溶液中腐蚀行为研究 4 1 引言 铝及其合金，由于具有许多优异的特性，如密度轻、导电性好、耐腐蚀等特性，被 广泛的应用于各种领域。对于纯铝，导电性和耐腐蚀性优于其合金，大量应用于电气等 行业，有关其耐腐蚀性能做了许多研究【5 4 巧6 1 。然而，由于纯铝结构强度低，生产上大量 使用的是铝合金，常用铝合金中主要含有c u 、m g 、s i 、z n 、m n 等合金元素【5 7 1 ，通过 不同热处理及加工方式，形成金属问相等成分使合金得到强化，同时又对其腐蚀性能造 成一定影响，这些方面人们也做了大量研列5 8 石2 1 。 对于纯铝和铝合金，铁是其腐蚀的有害元烈6 3 , 6 4 1 ，而铁的存在能提高铝合金的强度。 在工业纯铝的生产中，不可避免的引入f e 杂质，因此，全面研究f e 对铝及其合金腐蚀 性能的影响，成为当前一个重要课题。 大量研究表明，铝及其合金在大气及酸性环境下具有较强的耐蚀性能【5 】，然而，当 铝及铝合金在存在c l 一环境下，易发生点蚀，使材料遭到破坏【6 5 稍1 ，这主要是由于活性 c 1 _ 的渗入改变了表面氧化膜的结构，破坏了钝化膜，同时c 1 一进一步进入晶格中代替膜 中水分子、0 2 一或o i l - ，占据其位置，使电极反应的活化能降低，从而加速金属的阳极溶 解。稀土元素由于其独特的核外电子排布，在冶金、材料等领域中具有独特的作用：可 以改善合金组织、净化合金液、增强合金耐蚀性、提高合金室温及高温力学性能等，其 在铝合金中的应用也得到广泛研究【6 9 7 1 1 。稀土c e 的添加有利于合金表面形成铈氧化膜， 同时与溶液中c 1 一相互作用，降低点蚀机率，增强合金耐腐蚀性能【7 2 , 7 3 】。 本章是关于纯铝及铝合金在c l 一存在环境下的耐腐蚀性能研究。f e 是铝合金中的有害 元素；c r 的存在使合金易发生点蚀；稀土c e 能使合金起到变质、净化和提高耐蚀性等 多种效果。本试验采用在纯铝中引入f e 、c e 两种元素，通过对其在3 5 n a c l 溶液中浸 泡及电化学实验结果，分析两种元素对其耐腐蚀性能的综合影响，以起到降低工业纯铝 及铝合金生产成本，提高合金性能的目的。 f e 、z r 反稀土对铝合金腐蚀性能影响研究 4 2 实验过程 为了研究f e 、c e 对纯灿耐腐蚀性能的影响，本次实验选取a 1 - ( x ) f e 一( y ) c e ( x y = o 、 0 2 、2 a t ) 体系做为研究对象，腐蚀液为3 5 n a c l 溶液。采用高频熔炼得到所需成分 合金，通过x r d 表征相关物相，对不同浸泡时间后表面形貌进行比较，并对电化学腐 蚀行为做了研究，通过动电位线性扫描极化曲线分析拟合各种腐蚀参数，最后对电化学 腐蚀后表面形貌进行金相和s e m 分析。具体合金成分及其相结构见表4 1 。 表4 - 1 合金名义成分和相结构 t a b l e4 - 1a s c a s ta l l o yn o m i n a lc o m p o s i t i o na n dp h a s es t r u c t u r e 4 3 结果与讨论 4 3 1x 】m 结果分析 由x r d 分析所制备的样品的相