新型锌铝镁合金镀层工艺及其耐蚀机理的研究

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热浸镀是一种经济而有效的钢铁材料表面处理方法,由于其工艺简单、防腐蚀性能良好而被普遍使用,随着科学技术的发展和人类社会的进步,传统的镀层种类已不能满足防腐蚀的需要,这就需要开发出性能优良的新型合金镀层。在镀层中加入铝、镁元素具有很多优点,可以改善镀层表面外观和耐蚀性能。课题组在以往的研究中对纯锌镀层、Zn-55%Al合金镀层、Zn-Mg合金镀层进行了深入的研究。本文在以往研究的基础上开发了新型的Zn-Al-Mg耐蚀合金镀层,研究了Zn-Al-Mg合金镀层的生产工艺、耐蚀性能,并分析了镀层的耐蚀机理。针对镁元素化学性质比较活泼,密度比锌小,富集于锌液表面,氧化非常剧烈,造成合金熔液配比不稳定,而且氧化产物对热浸镀层影响较大,提出在添加镁时使用锌镁中间合金,并试验出一种新型覆盖剂,覆盖于合金熔液表面,减少镁元素的损失及氧化物的产生,并且具有去渣作用。针对合金镀层,经过多次试验,筛选出一种助镀剂,镀出镀层表面平整,缺陷较少且与基体结合牢固。对不同镁含量的Zn-Al-Mg合金镀层通过中性盐雾试验、Na2SO4溶液全浸试验测定其腐蚀失重速率,从而确定其耐蚀性能,结果表明,在镁含量较低时,耐蚀性能较纯锌镀层没有明显提高,但随着镁含量的增加耐蚀性能也不断提高,其中Zn-1%Al-2.5%Mg合金镀层耐蚀性能接近Zn-5%Al镀层。电化学交流阻抗、极化曲线测试表明,随着镁含量的增加,镀层阻抗越大、自腐蚀电位越高、自腐蚀电流密度越小,表明镀层耐蚀性能不断提高,这与腐蚀试验得出的结论一致。X-射线衍射分析表明,Zn-Al-Mg合金镀层腐蚀产物中出现了Zn4SO4(OH)6·H2O,能够在镀层表面形成致密的保护膜,有效的阻止腐蚀的继续进行,这是镀层具有良好耐蚀性的重要因素。扫描电镜分析发现,加入Mg元素后,金属晶粒明显细化,主要是由于Mg与Zn结合生成金属间化合物Zn2Mg。同时正是由于Mg元素的存在使镀层组织形成以Zn/Al/ Zn2Mg三元共晶体为主体的镀层结构,且镀层结构致密,有效地阻止晶间腐蚀的发生,这也是镀层耐蚀性能提高的重要因素。由于新型合金中Al、Mg元素含量较少,因此热镀温度、热镀时间等工艺参数与热镀纯锌镀层接近,原有镀锌机组可以直接通过设备改造、原料和工艺改进生产新型耐蚀合金镀层,具有广阔的应用前景。
摘要第6-8页
ABSTRACT第8-9页
第一章 文献综述第10-28页
    1.1 热浸镀镀层的种类第10-20页
        1.1.1 热浸镀锌及锌铝合金镀层第11-16页
            1.1.1.1 热镀纯锌第11-12页
            1.1.1.2 热镀锌铝合金第12-16页
        1.1.2 新型合金镀层第16-20页
    1.2 热浸镀工艺方法第20-24页
        1.2.1 熔剂法第21-22页
        1.2.2 森吉米尔法第22-23页
        1.2.3 改良森吉米尔法第23页
        1.2.4 美钢联法第23-24页
    1.3 国内外热浸镀发展现状及发展趋势第24-27页
        1.3.1 国外热浸镀发展现状第24-25页
        1.3.2 国外新型热镀锌合金研究最新进展第25页
        1.3.3 国内热浸镀发展现状及存在的问题第25-26页
        1.3.4 热浸镀发展趋势第26-27页
    1.4 本论文的研究目的和主要内容第27-28页
第二章 热浸镀合金样品的制备及工艺研究第28-35页
    2.1 热浸镀样品的制备第28-30页
        2.1.1 实验仪器及药品第28页
        2.1.2 实验步骤第28-29页
        2.1.3 热浸镀工艺参数的确定第29-30页
        2.1.4 实验方案第30页
    2.2 热浸镀助镀剂的选择第30-32页
        2.2.1 助镀剂的作用第30-31页
        2.2.2 助镀剂的选择第31-32页
    2.3 MG元素的加入第32-33页
    2.4 小结第33-35页
第三章 研究材料及研究方法第35-46页
    3.1 中性盐雾试验第35-36页
        3.1.1 试验仪器、药品及试验条件第35-36页
        3.1.2 试验步骤第36页
    3.2 NA_2SO_4溶液全浸腐蚀试验第36-37页
        3.2.1 试验仪器、药品及试验条件第37页
        3.2.2 试验步骤第37页
    3.3 电化学试验第37-44页
        3.3.1 试验仪器及药品第38页
        3.3.2 电化学交流阻抗测试第38-42页
            3.3.2.1 电化学交流阻抗原理第38-40页
            3.3.2.2 实验步骤第40-42页
        3.3.3 电化学极化曲线测试第42-44页
            3.3.3.1 电化学极化曲线原理第42-44页
    3.4 X-射线衍射相成分分析试验第44-45页
        3.4.1 试验仪器、药品及试验条件第44页
        3.4.2 试验方法第44-45页
    3.5 扫描电镜微观形貌分析第45-46页
        3.5.1 试验仪器、药品及试验条件第45页
        3.5.2 试验方法第45-46页
第四章 合金镀层耐蚀性能分析和耐蚀机理研究第46-70页
    4.1 合金镀层在中性盐雾试验中的腐蚀行为第46-48页
    4.2 合金镀层在NA_2SO_4溶液中的腐蚀行为第48-51页
    4.3 电化学交流阻抗谱分析第51-52页
    4.4 电化学极化曲线分析第52-56页
    4.5 镀层腐蚀产物分析第56-62页
    4.6 镀层样品微观形貌分析第62-68页
    4.7 小结第68-70页
第五章 结论第70-72页
附录 电化学交流阻抗和极化曲线图第72-94页
参考文献第94-100页
致谢第100-101页
攻读学位期间发表的学术论文第101-102页
学位论文评阅及答辩情况表第102页
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