一种通过添加钇元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过添加钇（Y）元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法。包括如下步骤：采用纯度为99.9%的Al、纯度为99.9%的Zn和纯度为99.8%的Y为原料，在中频感应炉中铸造锌铝共晶合金；采用石墨坩埚，通入CO2保护气氛，熔炼温度600~800℃，保温时间20~40min，模具预热温度150~300℃，浇铸冷却速度0.02~10K/s；所得锌铝共晶合金中Y元素含量为0.1~2.0wt%，Al元素含量为3~7wt%，余量为Zn及不可避免的杂质。通过上述方式，本发明专利技术提供的方法可以使铸态锌铝共晶合金形成不透水的腐蚀产物保护层，从而大幅提高铸态锌铝共晶合金的耐蚀性。

A Method of Improving the Corrosion Resistance of As-cast Zinc-Aluminum Eutectic Alloy by Adding Yttrium

The invention discloses a method for improving the corrosion resistance of as-cast zinc-aluminium eutectic alloy by adding yttrium (Y) element. It includes the following steps: using Al with 99.9% purity, Zn with 99.9% purity and Y with 99.8% purity as raw materials, casting zinc-aluminium eutectic alloy in medium frequency induction furnace; using graphite crucible, entering CO2 protective atmosphere, smelting temperature 600-800 C, holding time 20-40 min, preheating temperature 150-300 C, casting cooling rate 0.02-10K/s; the content of Y element in the obtained zinc-aluminium eutectic alloy is 0.02-10K/s. 1-2.0wt%, Al content is 3-7wt%, the remaining amount is Zn and unavoidable impurities. In the above way, the method provided by the invention can make the as-cast zinc-aluminium eutectic alloy form an impermeable corrosion product protective layer, thereby greatly improving the corrosion resistance of the as-cast zinc-aluminium eutectic alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种通过添加钇元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法
本专利技术涉及金属材料制备领域，特别是涉及一种通过添加钇（Y）元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法。
技术介绍
钢在不同环境中容易发生化学或电化学腐蚀，导致其功能失效。热镀锌是提高钢在空气中耐蚀性的最简单有效的技术之一。商品化的Zn-5wt.%Al共晶合金涂层因其优异的延展性、高耐腐蚀性能和成形性能而被广泛用于汽车工业。锌和铝都是比较活泼的金属。铝在中性环境中会形成致密的Al2O3钝化膜，保护金属免受进一步的腐蚀。但在锌铝共晶合金中，由于富铝相和富锌相之间的电位差，会导致相界面处发生电化学腐蚀，加速晶间腐蚀速度，破坏Al2O3钝化膜。因此，热镀锌铝共晶合金的腐蚀速度较快，通常作为牺牲阳极法使用。提高锌铝共晶合金的耐蚀性，以延长作为牺牲阳极的热镀锌铝共晶合金的使用寿命，有助于延长被保护合金的服役时间，降低防腐蚀成本，对拓展锌铝共晶合金的工业应用范围具有重要意义。Y元素作为我国储量丰富的一种稀土元素，被证实可改善镁合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性。而目前国内外并无添加Y元素改善锌铝共晶合金耐蚀性的相关专利。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过添加Y元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：提供一种通过添加Y元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法，包括步骤：采用纯度为99.9%的Al、纯度为99.9%的Zn和纯度为99.8%的Y为原料，在频率为150～10000Hz的中频感应炉中铸造锌铝共晶合金；采用石墨坩埚，通入CO2保护气氛，熔炼温度600~800℃，保温时间20~40min，模具预热温度150~300℃，浇铸冷却速度0.02~10K/s；所得锌铝共晶合金中Y元素含量为0.5-3.0wt%。所述的频率为150～10000Hz的中频感应炉，是为了使熔炼过程中电磁搅拌效果好，减少偏析。所述的熔炼温度600~800℃，保温时间20~40min，该熔炼条件可发生固态相变，使铸态锌铝共晶合金中的共晶组织细化、均匀。所述的模具预热温度150~300℃，浇铸冷却速度0.02~10K/s，是为了使铸态锌铝共晶合金中在凝固过程中组织均匀，避免出现缺陷和内应力。所述的锌铝共晶合金由如下质量百分比的组元组成：3~7wt%Al，0.5-3.0wt%Y，余量为Zn及不可避免的杂质。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的方法能够使铸态锌铝共晶合金中的共晶组织细化、均匀，形成不透水的腐蚀产物保护层，从而大幅提高铸态锌铝共晶合金的耐蚀性。本专利技术提供的方法处理过的铸态锌铝共晶合金在3.5wt%NaCl水溶液中浸泡72小时后的腐蚀电位为-1.092V，腐蚀电流密度为3.18×10-6A⋅cm-2，浸泡失重速度为2.2×10-4g·cm2·d-1，相比未经本方法处理的铸态锌铝共晶合金在3.5wt%NaCl水溶中浸泡72小时后的腐蚀电位为-1.118V，腐蚀电流密度为5.96×10-7A⋅cm-2，浸泡失重速度为4.1×10-4g·cm2·d-1，合金耐蚀性有了大幅提高。附图说明图1是本专利技术实施例1在3.5wt%NaCl水溶液中浸泡72h后的扫描电镜图。图2是本专利技术对比例1在3.5wt%NaCl水溶液中浸泡72h后的扫描电镜图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体的实施例对本专利技术进一步详细说明。实施例1：采用纯度为99.9%的Al、纯度为99.9%的Zn和纯度为99.8%的Y为原料，按照Y元素含量为1.0wt%、Al元素含量为5.0wt%、余量为Zn及不可避免的杂质进行配比，在频率为150～10000Hz的中频感应炉中铸造锌铝共晶合金；采用石墨坩埚，通入CO2保护气氛，熔炼温度650℃，保温时间25min，模具预热温度200℃，浇铸冷却速度1K/s；熔化后利用电磁效应充分搅拌浇铸到石墨坩埚中获得铸锭。将铸造的锌铝共晶合金，按照ISO8407:2009《金属和合金的耐腐蚀性.腐蚀试样中腐蚀生成物的清除》规定，经表面抛光处理后，用丙酮、乙醇和蒸馏水依次清洗后吹干。之后测量并记录样品的表面积和初始重量。将样品浸入3.5wt%的NaCl水溶液中。试验温度为25°C，浸泡时间为72h。完成浸泡后，取出样品，在蒸馏水中超声清洗3×15min，以去除腐蚀产物。之后对样品重新称重，测得样品的失重速度为2.2×10-4g·cm2·d-1。失重速度较慢，合金的耐蚀性好。将铸造的锌铝共晶合金，浸入3.5wt%的NaCl水溶液中。试验温度为25°C，浸泡时间为72h。之后进行扫描电镜测试，其表面微观形貌如图1所示。可以看到铸态锌铝共晶合金中的共晶组织细化、均匀，形成不透水的腐蚀产物保护层，耐蚀性好。将铸造的锌铝共晶合金，在PGSTAT302型Autolab电化学工作站（荷兰Ecochimie）上进行动电位极化曲线试验。测试采用三电极系统，使用铂电极作为对电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极。作为工作电极（WE）的试样表面暴露面积为1.0cm2。电极在使用前用丙酮、乙醇和蒸馏水依次清洗后吹干。为了使电位稳定，测试前让工作电极在溶液中静置72h。测试溶液为3.5wt%的NaCl水溶液，测试温度为25°C，扫描速度为1mV⋅s-1。通过GPES软件拟合极化曲线，测得腐蚀电位为-1.092V，腐蚀电流密度为3.18×10-6A⋅cm-2。腐蚀电位较高，腐蚀电流密度较低，合金的耐蚀性好。实施例2：采用纯度为99.9%的Al、纯度为99.9%的Zn和纯度为99.8%的Y为原料，按照Y元素含量为0.5wt%、Al元素含量为5.0wt%、余量为Zn及不可避免的杂质进行配比，在频率为150～10000Hz的中频感应炉中铸造锌铝共晶合金；采用石墨坩埚，通入CO2保护气氛，熔炼温度600℃，保温时间20min，模具预热温度150℃，浇铸冷却速度10K/s；熔化后利用电磁效应充分搅拌浇铸到石墨坩埚中获得铸锭。将铸造的锌铝共晶合金，按照ISO8407:2009《金属和合金的耐腐蚀性.腐蚀试样中腐蚀生成物的清除》规定，经表面抛光处理后，用丙酮、乙醇和蒸馏水依次清洗后吹干。之后测量并记录样品的表面积和初始重量。将样品浸入3.5wt%的NaCl水溶液中。试验温度为25°C，浸泡时间为72h。完成浸泡后，取出样品，在蒸馏水中超声清洗3×15min，以去除腐蚀产物。之后对样品重新称重，测得样品的失重速度为3.1×10-4g·cm2·d-1。失重速度较慢，合金的耐蚀性好。将铸造的锌铝共晶合金，浸入3.5wt%的NaCl水溶液中。试验温度为25°C，浸泡时间为72h。之后进行扫描电镜测试，其表面微观形貌如图1所示。可以看到铸态锌铝共晶合金中的共晶组织细化、均匀，形成不透水的腐蚀产物保护层，耐蚀性好。将铸造的锌铝共晶合金，在PGSTAT302型Autolab电化学工作站（荷兰Ecochimie）上进行动电位极化曲线试验。测试采用三电极系统，使用铂电极作为对电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极。作为工作电极（WE）的试样表面暴露面积为1.0cm2。电极在使用前用丙酮、乙醇和蒸馏水依次清洗后吹干。为了使电位稳定，测试前让工作电极在溶液中静置72h。测试溶液为3.5wt%的N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过添加Y元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法，其特征在于，采用纯度为99.9%的Al、纯度为99.9%的Zn、纯度为99.8%的Y为原料，其中Y元素含量为0.5‑3.0wt%、Al元素含量为3.0‑7.0wt%、余量为Zn进行配比，按照上述原理比例混合后，在中频感应炉中铸造锌铝共晶合金；采用石墨坩埚，通入保护气氛，熔炼温度600~800℃，保温时间20~40min，模具预热温度150~300℃，浇铸冷却速度0.02~10K/s。

【技术特征摘要】
1.一种通过添加Y元素提高铸态锌铝共晶合金耐蚀性的方法，其特征在于，采用纯度为99.9%的Al、纯度为99.9%的Zn、纯度为99.8%的Y为原料，其中Y元素含量为0.5-3.0wt%、Al元素含量为3.0-7.0wt%、余量为Zn进行配比，按照上述原理比例混合后，在中频感应炉中铸造锌铝共晶合金；采用石墨坩埚，通入保护气氛，熔炼温度600~800...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳明，杨得龙，杨慷，王志刚，赵亚东，翟雁，杨建军，吕掌权，刘嵩，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41