Al-Zn-Sn-Ga阳极合金孔蚀发展及腐蚀行为的研究

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Al-Zn-Sn系牺牲阳极材料具有理论电容量大、无污染、驱动电位高、成本低廉等突出优点,成为新型阳极材料的研究热点。但是作为工程应用阳极材料不仅需要较高的电化学性能,还需要较均匀的腐蚀形貌以增加材料使用寿命并进一步降低成本。本课题组在Al-Zn-Sn阳极的研究基础上通过添加活化元素Ga不仅提高了合金的电化学性能还改善了材料的腐蚀均匀性,但是对于该合金的腐蚀行为及腐蚀过程机理却缺乏必要的研究。本文以Al-Zn-Sn-Ga合金为研究对象,首先考察了微量元素Ga的添加对Al-Zn-Sn合金组织及电化学性能的影响;随后探讨了不同组织形态(即铸态和固溶处理后试样)对阳极合金组织及腐蚀行为的影响。文中采用恒电流法测试了合金在人造海水中的工作电位、电流效率等电化学性能,通过极化曲线和电化学阻抗技术研究了Al-Zn-Sn-Ga合金在3.5%NaCl溶液中的电化学行为;利用扫描电镜与能谱(SEM/EDAX)、X射线衍射(XRD)与透射电镜(TEM)对合金的显微组织进行了分析。文中创新性地通过不同时间的浸泡腐蚀形貌来表征试样的准动态腐蚀行为,并结合第一性原理采用MaterialStudio软件计算说明了合金腐蚀初期点蚀的形成机理,利用电化学、化学、物质扩散等理论计算解释了Al-Zn-Sn-Ga合金点蚀发展倾向与腐蚀形貌的联系,初步阐述了实验合金的腐蚀过程机理。试验结果表明:Al-Zn-Sn-Ga合金中主要存在的金属化合物是Al0.71Zn0.29,该第二相腐蚀电位较负在腐蚀初期会优先溶解形成点蚀孔并作为试样合金整体活化的诱因。但是Al-Zn-Sn-Ga合金形成的点蚀孔并不能由于“自催化”效应而纵向扩展,计算表明含Ga合金的点蚀孔深度发展到10-4cm时,孔内酸度值较低,该深度值是决定合金孔蚀纵向或横向发展的临界值,而此时合金中的活化元素Ga却在腐蚀过程中通过“溶解-再沉积”反应形成电位更负的Ga-Al汞齐,为合金横向拓展腐蚀提供强大的驱动力,增大了蚀坑内离子扩散通道,降低点蚀孔酸化倾向,致使蚀孔内未来得及形成高浓度酸化池便发生钝化,导致Al-Zn-Sn-Ga合金沿表面发展为浅层腐蚀形貌。铸态合金则由于大量活化元素的偏析增强了晶界及第二相微区的腐蚀活性,从而点蚀的择向性发展导致沿晶腐蚀形貌。固溶处理减少了晶界偏析现象,使合金活化元素均匀分布,最大限度的平衡了合金组织内部各个微区的腐蚀电位。固溶处理降低了合金局部腐蚀倾向,第二相活化形成的点蚀坑扩展较为均匀,导致合金整体腐蚀均匀性提高。
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