合金元素对A1基合金溶解性能的影响及机理分析

摘要

可溶解材料因其特殊的性能而在包装及生物等领域得到了广泛应用，相比于高分子材料，金属可溶解材料因具有更高的力学性能在油气压裂等领域具有很大的应用前景。在金属可溶解材料中，铝基可溶解材料由于其较低的密度和生产成本，以及良好的力学性能而受到了很高的重视。作为可溶解材料，铝虽然拥有较强的铝水反应活性，但在反应过程中很容易在其表面形成一层致密的氧化膜，进而抑制了反应的持续进行。
　　本论文基于电化学活化原理，通过在铝合金中引入Mg、Sn及Ga等元素来提高铝合金的溶解性能。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜（SEM)及能谱分析等测试方法详细研究了不同合金元素对Al基可溶解合金物相组成及显微组织的影响。通过失重法测量了合金元素对Al基合金溶解性能的影响，并利用电化学测试分析了不同合金元素对Al合金开路电位的影响，进而探讨了该合金的溶解机理。
　　结果表明，在铝合金中引入金属Sn元素时，该合金中出现了第二相Mg2Sn相，其含量随着组成中Sn含量的提高而增多。开路电位不断负移，合金活性不断增强，可溶解性能得到大幅提高。而随着金属Mg元素的引入及其含量的不断提高，合金的溶解速率呈现先增大后减少的峰值变化规律，开路电位表现为先负移后又正移的现象，这主要因为当Mg含量较低时，合金中Mg2Sn第二相的含量随着Mg含量的提高而增多，但当Mg含量进一步增加时，合金中出现了Al3Mg2相。当Mg含量为3wt.％时，合金开路电位最负，活化效果最好，溶解性能最强。金属Ga对该合金开路电位和溶解性能的影响规律与Sn类似，随着Ga含量的增加，合金开路电位不断负移，活化效果增强，溶解性能不断提高。
　　由以上分析可以看出，金属元素Mg和Sn反应生成第二相Mg2Sn相，由于Mg2Sn电位较高，铝基体电位较低，两者之间形成了原电池腐蚀，发生铝水反应使铝基体不断溶解。另外，金属Ga的引入能够有效破坏Al表面致密保护膜，从而实现Al与与水持续反应溶解。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 可溶解铝合金材料

1．2．1 可溶解铝合金材料研究现状

1．2．2 金属铝溶解机理

1．2．3 铝的主要活化合金元素

1．2．4 铝基合金溶解机理

1．3 课题研究思路及内容

2 实验

2．1 原料原料和所用设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验所用设备

2．2 实验依据及方案

2．2．1 基础依据

2．2．2 技术依据

2．2．3 配方设计

2．3 试样制备工艺

2．4 材料测试与表征

2．4．1 物相分析

2．4．2 微观组织结构分析

2．4．3 溶解性能测试

2．4．4 开路电位测试

3 结果与讨论

3．1 金属锡对Al基合金溶解性能的影响

3．1．1 物相分析

3．1．2 显微组织分析

3．1．3 合金溶解性能测试分析

3．1．4 开路电位测试分析

3．2 金属镁对Al基合金溶解性能的影响

3．2．1 物相分析

3．2．2 显微组织分析

3．2．3 合金溶解性能测试分析

3．2．4 开路电位测试分析

3．3 金属镓对Al基合金溶解性能的影响

3．3．1 物相分析

3．3．2 显微组织分析

3．3．3 合金溶解性能测试分析

3．3．4 开路电位测试分析

3．4 合金溶解机理分析

4 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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