文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
铝阳极在氯化物溶液中的溶解行为与机理
姓名:熊伟
申请学位级别:博士
专业:材料物理与化学
指导教师:郭兴蓬;齐公台
2011-05-30
摘要
铝合金是在含氯离子介质中应用广泛的牺牲阳极材料。虽然有很多关于铝阳极的
研究,但是偏析相在铝合金阳极溶解过程中的电化学行为、偏析相影响铝阳极溶解的
机理以及铝阳极微观组织结构与宏观电化学性能的关联性是改进铝阳极性能的关键
性问题,缺乏系统性的研究。本文制备了 Al-Zn-In-Sn、Al-Zn-In-RE、Al-Zn-In-Te 和
Al-Zn-In-Sn-Te 四种阳极,通过线性极化、交流阻抗、ICP-MS 及扫描电镜等技术研究
了不同固溶处理时间及溶液中 Sn4+离子对铝阳极溶解过程的影响,探讨了氯化钠溶液
中添加不同浓度的 CeCl3 时铝阳极的溶解机理,同时研究了添加 Te 元素的新型铝阳极
的电化学性能和溶解机理,以及在阳极铸造过程中不同的保温时间对铝阳极电化学性
能的影响。
研究结果表明在 Al-Zn-In-Sn 及其固溶处理后的试样中 Sn 元素富集于晶界上的半
球形偏析物。铝阳极的活化溶解开始于半球形偏析物,Sn 元素作为阳极相优先溶解。
Al-Zn-In-Sn 固溶处理后电流效率提高,析氢自腐蚀降低,开路电位更负,具有更高的
活性,表现出优良的牺牲阳极性能。但当 Al-Zn-In-Sn 阳极固溶处理时间过长时将导
致偏析相减少并出现断裂的现象,并且含有 Sn 的半球形偏析物中 Mg 富集明显,自
腐蚀严重,恶化了电化学性能。Sn4+增强了 Al-Zn-In 和 Al-Zn-In-Sn 阳极的表面活性,
促进了阳极的活化溶解,并且提高了铝阳极的电流效率。在添加了 SnCl4 的氯化钠溶
液中,Al-Zn-In-Sn 阳极的腐蚀比 Al-Zn-In 阳极更加均匀。
稀土合金元素和氯化物溶液中的 Ce3+离子改善了 Al-Zn-In 阳极的电流效率。
Al-Zn-In 阳极在加入了 CeCl3 的氯化钠溶液中的阳极溶解开始于 Ce 富集的圆形沉积物
附近。大多数含 Ce 的圆形沉积物分布在 Al 基体。Ce 的沉积促进了铝牺牲阳极表面
的活化。溶液中添加的 Ce3+抑制了 Al-Zn-In-RE 阳极中合金元素 Ce 的活化溶解。
添加了合金元素 Te 的 Al-Zn-In-Te 阳极具有更低含量的有害物质 Fe 和 Si,更低
的腐蚀电位,较低的自腐蚀速率和更高的电流效率。Al-Zn-In-Sn-Te 系列阳极比
Al-Zn-In-Te 阳极腐蚀电位更负,电流效率更高。但过量的 Te 导致铝阳极的电化学性
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能损失。添加 Te 元素的 Al-Zn-In-Te 阳极的腐蚀开始于在晶界和晶间上 Zn 和 Te 富集
的半球形偏析相。
铸造过程中适当增加保温时间能使铝阳极的活化元素在半球形偏析物中更加富
集,促进铝阳极表面活化,减少析氢自腐蚀,提高电流效率。当保温时间过长,达到
45min 时,铝阳极表面的偏析相大量减少,抑制了活性元素在铝阳极表面的富集,降
低铝阳极表面活性。偏析相的数量和分布影响腐蚀形貌和电化学性能。
关键词:铝阳极;微观组织;电化学性能;偏析相;合金元素;溶解机理
II
华中科技大学博士学位论文
Abstract
Al alloys were widely used as sacrificial anodes in the solution containing chloride ion.
Although there were many investigations on the Al anodes, the electrochemical behavior
of segregations in the dissolution processes of Al anodes, the effect of segregations on the
dissolution mechanism of Al anodes and the relationship between microstructure and
macroscopic electrochemical properties of Al anodes had important effect on the
properties of Al anodes, which needed systematic investigations. Four kinds of Al anodes
were prepared,