AI-Zn-In系合金腐蚀机理

       在铝合金牺牲阳极材料中，A1-Zn-In-Mg-Ti阳极材料由于电流效率较高、腐蚀产物易脱落而在工程应用上越来越广泛，但这些阳极材料电化学性能有待进一步提高。研究表明，在A砦1-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极合金的基础上，加入适量的稀土铈、锰及硅改善了合金组织及其表面溶解状况,可提高合金电化学性能。

       Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti合金中加人0.5%Ce后,合金晶粒细化,提高了合金腐蚀均匀性,蚀点尺寸减小且均匀分布,电流效率由86.9%升至91%。经XRD分析,合金中的偏析相为 MgZn2及 AlbCeZnz,通过对MgZnz及 Al2CeZn2合金进行电化学测试,MgZnz及 Al2CeZn2合金的电位比基体a-A1负。阳极性的偏析相 MgZnzR AlkCeZnz引发了合金点蚀,阳极性偏析相对合金的活化溶解有重要作用,分布均匀、数量及大小适中的偏析相能改普铝阳极合金的溶解均匀性,进而提高其综合电化学性能。

        合金元素Ce在铝中溶解度小于0.05%(室温),大部分以化合物状态存在。合金熔炼时由于稀土元素在凝固界面前沿富集,会阻止其他合金元素向固溶体的扩散,降低了溶质元素在固溶体中的溶解度,使合金中的化合物数量增加。加0.5Ce的合金组织中,晶界偏析相明显增多,另外晶界上的白亮带(经能谱分析主要是合金元素 Mg及Zn的偏析)显著窄化,说明品界上这些偏析元素形成了偏析相。偏析相增多,合金活化性能增强,腐蚀均匀合金晶界上的白亮带是溶质元素偏聚形成的,容易引发合金晶间腐蚀,白亮带宽,则合金晶间腐蚀倾向大,腐蚀均匀性差。若合金元素的加入能窄化晶界偏析带,偏析带中的合金元素形成均匀分布的偏析相,则改善合金不均匀溶解性。

        同理,Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti合金中加入0.5%Mn后,合金晶粒明显细化,晶界溶质元素偏聚形成的白亮带几乎消失,合金腐蚀均匀性,电流效率也由86.9%升至 90.3%.但 Mn元素对合金综合性能的改善效果不如稀土Ce元素显著。这是因为加人Mn的目的是为了消除或减级杂质Fe的有害影响,因为杂质铁在铝合金中通常以FeAl3相存在,金属铝电极电位较负,FeAl3相电极电位较正,铝合金中FeAlз相与铝相形成腐蚀微电池,因此,FeAlз相作为阴极相引起基体铝自腐蚀降低合金电流效率。合金元素锰能能细化铝合金晶粒,细化晶粒主要是通过MnAl6化合物弥散质点对晶粒长大起阻碍作用.MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe),形成(Fe,Mn) Als相,该相电位与基体铝电位接近,从而减小FeAl3相的有害影响。通过对加 0.5Mn 的时效合金进行XRDR TEM分析可知,合金中主要偏析相为 MgZn2& AlsMn相,通过对 MgZnzR AlsMn合金进行电化学性能测试,AlsMn合金的电位确实与基体a-Al相差无几,加人Mn起到了细化晶粒及提高合金综合电化学性能的目的。但是AlsMn 合金的电位随着浸泡时间的推移而负移,这是由于基体溶解时,AlMn也随之溶解,其中A1的高化学活性,导致溶解的 Mn离子被AI置换而富集在未溶解的AleMn上, Mn的标准电位为-1.18V (SCE),使AlsMn 的电位随着时间的延长而负移。由于加Mn主要目的是减小杂质Fe的阴极有害作用,其形成的AlsMn细化晶粒的效果比稀土元素Ce低,且AlsMn电位比AlzCeZnz正,对铝合金的活化作用也比加Ce的差。所以,Mn元素对合金综合性能的改善效果不如稀土Ce元素显著。由以上分析可见,添加适量的 Mn可以改善合金性能。

          Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05T 合金中加人0.1%Si后,合金表面腐蚀均匀,电流效率高达95.2%,表现出优异的电化学性能。Al合金中Si的结晶潜热大,结晶前沿放热多,增加合金的流动性,可以使合金元素有充足的时间溶人基体,而且Si的收缩率小,线膨胀系数小,可以减少合金中的缩松、缩孔等缺陷,明显提高含铝合金铸造性能,使合金组织成分均匀含Si铝合金电流效率较高的原因可能就是因为铸造缺陷减少,降低了由此引起的合金的自腐蚀,另外由于合金铸造性能的提高使低熔点合金元素In等在合金内部分布均匀,提高了合金综合电化学性能。