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Al/Mg金属间化合物相对铝镁系牺牲阳极材料电化学性能的影响研究

作　者: 吴瞳
导　师: 刘长瑞
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝镁合金金属间化合物牺牲阳极合金化电化学性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

牺牲阳极阴极保护法是一种重要的金属防腐蚀方法,目前常用的牺牲阳极材料有锌阳极、铝阳极和镁阳极。铝阳极材料具有电化学当量大,原料丰富,价格低廉,加工制备工艺简单等优点,但是由于纯铝表面极易氧化,会形成连续致密的Al2O3氧化膜,不能直接用作阳极材料。镁阳极的优点是电位较负,驱动电压大,但电流效率较低,腐蚀速度过快,容易引起过保护,成本偏高。改善阳极材料性能的基本途径是进行合金化。本文根据合金相电化学原理,制备不同成分的Al-Mg基二元合金,考察了随镁元素含量增加,合金组织中存在不同的大面积金属间化合物相时,材料电化学性能的变化规律。为了改善合金组织、性能的均匀性,又添加了Zn、Mn、稀土元素Ce等进行合金化,对不同成分的Al-Mg基合金进行开路电位、自腐蚀电位随时间变化、极化曲线以及腐蚀速率的测试,观察合金组织形态,研究了不同合金元素对Al-Mg系合金电化学性能的影响,得到如下结果：(1)铝镁二元合金中随着镁含量的增加,当镁含量超过10%时,合金的组织中形成大量的金属间化合物Mg5Al8,对铝基体具有比较明显的活化作用,使得合金阳极的开路电位显著负移,极化率降低。当Mg含量达到30%时,开路电位负移至-1.132V。当铝合金中的Mg含量大于20%时,会产生由于选择性溶解所造成的溶解不均匀的问题。(2)当Al-Mg二元合金中镁含量超过60%后,合金表面的氧化膜变为铝镁氧化物混合膜,腐蚀电位降低；合金的组织中形成金属间化合物Mg17Al12,其电位比镁正,当含量较少时,起阴极作用,加快合金的腐蚀；当含量增多在基体周围呈连续分布时,能起到阻碍阳极反应的作用,对镁的自腐蚀具有抑制作用。(3)向Al-25Mg中添加了稀土元素Ce,含量为0.3%-1%,实验表明稀土元素Ce对铝阳极具有活化作用,使开路电位变负,腐蚀产物溶解均匀；稀土元素能够使镁阳极的自腐蚀电位变得比较稳定,降低镁阳极的腐蚀速率,减少析氢腐蚀；稀土元素对铝镁系合金还具有晶粒细化作用,能够提高铝合金的铸造性能。实验表明添加含量1%的稀土元素Ce效果最为显著。(4)添加含量1%的Zn对镁合金具有细化晶粒的作用,能够使腐蚀变得比较均匀,对降低镁合金的腐蚀速率也有一定的作用。当Zn含量超过9%时,由于中间相的作用会对合金阳极材料的性能会产生不利的影响。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-20
  1.1 概述  10-12
    1.1.1 引言  10
    1.1.2 牺牲阳极的工作原理  10-11
    1.1.3 牺牲阳极保护法与外加电流保护法的比较  11-12
    1.1.4 牺牲阳极材料的性能要求  12
  1.2 牺牲阳极材料的研究进展  12-16
    1.2.1 锌牺牲阳极  12-14
    1.2.2 铝牺牲阳极  14-15
    1.2.3 镁牺牲阳极  15-16
    1.2.4 牺牲阳极材料的应用  16
  1.3 铝镁阳极在介质中的腐蚀溶解机理  16-18
    1.3.1 铝阳极的腐蚀溶解机理  16-17
    1.3.2 镁阳极的腐蚀溶解机理  17-18
  1.4 目前常用的几种牺牲阳极材料存在的问题  18
    1.4.1 铝阳极存在的主要问题  18
    1.4.2 镁阳极存在的主要问题  18
  1.5 本文研究的目的、意义及主要内容  18-20
    1.5.1 本文研究的目的和意义  18-19
    1.5.2 本文研究的主要内容  19-20
2 牺牲阳极用合金材料合金化理论  20-26
  2.1 牺牲阳极合金材料主要合金化理论  20-23
    2.1.1 控制铝阳极表面致密氧化膜的形成  20
    2.1.2 提高铝阳极材料的析氢过电位  20-21
    2.1.3 "溶解-再沉积"机理  21
    2.1.4 第二相优先溶解-脱落机理  21-22
    2.1.5 表面自由能理论  22
    2.1.6 离子电阻降低机理  22-23
  2.2 合金相电化学理论在设计Al-Mg基牺牲阳极材料中的应用  23-26
    2.2.1 合金相电化学理论  23
    2.2.2 合金组织中的金属间化合物相及其特性  23-24
    2.2.3 牺牲阳极用Al-Mg基合金设计思想  24-26
3 实验方法  26-33
  3.1 实验方案  26
  3.2 实验仪器及主要原料  26-27
  3.3 合金阳极试样的制备  27-29
    3.3.1 合金的熔铸  27-28
    3.3.2 阳极试样的制备  28-29
  3.4 材料测试方法  29-33
    3.4.1 开路电位的测试  29-31
    3.4.2 极化曲线的测试  31
    3.4.3 金相组织观察  31-33
4 金属间化合物相Mg_5Al_8及添加合金元素对铝镁基合金阳极电化学性能的影响  33-42
  4.1 Al-Mg二元合金中金属间化合物相Mg_5Al_8对电化学性能的影响  33-36
    4.1.1 合金成分设计  33-34
    4.1.2 开路电位的测量和分析  34
    4.1.3 极化曲线的测量和分析  34-35
    4.1.4 Al-Mg合金的微观组织结构  35-36
    4.1.5 腐蚀速率的测量和分析  36
  4.2 添加稀土元素Ce对Al-Mg合金阳极材料电化学性能的影响  36-39
    4.2.1 开路电位的测试  37
    4.2.2 极化曲线的测试  37-38
    4.2.3 腐蚀速率的测试  38
    4.2.4 金相组织观察  38-39
  4.3 典型合金电化学性能分析与讨论  39-40
  4.4 小结  40-42
5 金属间化合物相Mg_(17)Al_(12)及添加合金元素对镁铝基合金电化学性能的影响  42-55
  5.1 Mg-Al二元合金中金属间化合物相Mg_(17)Al_(12)对电化学性能的影响  42-44
    5.1.1 合金成分设计  42
    5.1.2 开路电位的测量和分析  42-43
    5.1.3 极化曲线的测量和分析  43-44
    5.1.4 腐蚀速率的测量和分析  44
  5.2 添加稀土元素Ce对Mg-Al合金阳极材料电化学性能的影响  44-50
    5.2.1 开路电位的测试  45
    5.2.2 自腐蚀电位随时间变化的测定  45-47
    5.2.3 极化曲线的测试  47-49
    5.2.4 腐蚀速率的测试  49
    5.2.5 金相组织观察  49-50
  5.3 添加合金元素Zn对镁合金阳极电化学性能的影响  50-53
    5.3.1 Zn在Mg-Al系合金中的作用及对电化学性能的影响  50-51
    5.3.2 不同含量的Zn对镁铝合金电化学性能的影响  51-52
    5.3.3 Zn对纯镁的电化学性能的影响研究  52-53
  5.4 典型合金电化学性能分析与讨论  53-54
  5.5 小结  54-55
6 结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-61
攻读硕士期间发表论文  61

Al/Mg金属间化合物相对铝镁系牺牲阳极材料电化学性能的影响研究

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