锰铜合金

锰铜合金（精选6篇）

锰铜合金 篇1

1 工程概况

济南市奥林匹克体育中心游泳馆屋面采用铝镁锰合金板金属屋面, 该金属屋面面积13 000m2, 共用450块铝镁锰金属板, 最长板93m。本工程铝锰镁合金板屋面施工质量、造型美观等方面都有很高要求。

2 施工工艺

铝锰镁合金板金属屋面板厚度1.2mm, 铝锰镁合金板采用机械咬合的方式进行板与板之间连接, 板与结构层采用铝合金固定座 (T型码) 支撑, T型码隐藏在板肋里面, 采用暗扣式, 整幅坡屋面由若干单板组成, 搁置在屋顶的稀铺檩条上。为解决屋面的隔声、防寒和保暖问题, 斜屋面上放置150mm保温玻璃纤维。由檩条、钢格栅做骨架, 在檩条上设置专用绝缘T型支架 (防止“热桥”) , 支架顶部伸入两板边肋相互咬合的空腔内, 保温棉铺设后安装直立锁边系统屋面。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 安装前的测试、调整

1) 各铝支座标高是否与设计的标高一致。由于屋面板是固定在高强度铝支座上, 因此铝支座的标高是否与设计的标高一致直接影响到了整个屋面的造型以及整体的抗风、防水性能。

2) 由于在屋面深化设计当中充分考虑的日后整个屋面的抗风性能。而铝支座的多少是保证整个屋面的抗风性的关键。因此在屋面板安装之前需要对已安装好的铝支座进行检查, 不得少装、漏装。

3.2 屋面板的安装工艺

屋面板安装的流程为:放线——就位——咬边——板边修剪。

1) 放线:在“T”码安装合格后, 只需设板端定位线, 一般以板出排水沟边沿的距离为控制线, 板块伸出排水沟边沿的长度以略大于设计为宜, 以便于修剪。

2) 就位:施工人员将板抬到安装位置, 就位时先对准板端控制线, 然后将搭接边用力压入前一块板的搭接边, 最后检查搭接边是否紧密接合。

3) 咬边:屋面板位置调整好后, 用专用电动咬边机进行咬边, 要求咬过的边连续、平整, 不能出现扭曲和裂口。在咬边机咬合爬行的过程中, 其前方1mm范围内必须用力卡紧使搭接边接合紧密, 这也是机械咬边的质量关键所在。当天就位的屋面板必须完成咬边, 以免来风时板块被吹坏或刮走。

4) 板边修剪:屋面板安装完成后, 需对边沿处的板边需要修剪, 以保证屋面板边缘整齐、美观。屋面板伸入天沟内的长度以不小于80mm, 且不大于150mm为宜。

4 屋面板的安装要点

在完成屋面板安装前的测试之后开始进行屋面板的安装。

铝合金屋面板安装采用机械式咬口锁边。屋面板铺设完成后, 应尽快用咬边机咬合, 以提高板的整体性和承载力。

当屋面板铺设完毕, 对完轴线后, 先用人工将面板与支座对好, 再将咬口机放在两块屋面板的肋边接缝处上, 由咬口机自带的双只脚支撑住, 防止倾覆。

屋面板安装时, 先由二个工人在前沿着板与板咬合处的板肋走动。边走边用力将板的锁缝口与板下的支座踏实。后一人拉动咬口机的引绳, 使其紧随人后, 将屋面板咬合紧密。

5 屋面板安装关键节点的控制

5.1 阳角, 屋脊

屋面阳角的处理是屋面防水工程的一项重要环节, 也是屋面工程施工质量的保证。需采用了多重防水的方法, 来处理节点。经过多年的施工证明, 该节点处理也是科学、有效的。

1) 屋面板上端口板与屋面板铝合金支托用铆钉固定。以防止屋面板受温度变化而滑动;或屋面板因受外力作用, 因屋面板立边咬边不紧而滑动。

2) 先将已安装好的屋面板端口卷边, 卷边高度约50mm。以防止坡度小的屋面, 因雨水倒流入屋面, 而造成漏水。即便向本工程大坡度屋面也是必须的, 可防止因风吹雨水而灌入屋面板下方。

3) 采用铝合金密封件与泡沫密封条结合的方法, 先用与板型相吻合的铝合金密封件与屋面板板肋用防水铆钉连接固定, 并在密封件后塞入与板型一致的屋脊泡沫密封条, 然后将屋脊盖板与密封件用铆钉在中间固定, 这样即使外露的铆钉漏水, 雨水也是滴在屋面板上而不是室内, 而且密封件及密封条均是工厂预制的定型产品。

5.2 阴角, 屋面板与天沟收边

屋面阴角的处理的好坏会直接影响到屋面防水和屋面安全, 否则会有屋面板被大风掀起的可能性。在本工程中, 我司采用了安全、可靠、新型的节点处理方式, 详见图4。

1) 天沟边部的屋面檩条离天沟的距离以100mm为宜, 且不大于150mm, 屋面板伸入天沟内的长度约80mm~150mm。如此以便保证屋面板下端口距离固定座的长度控制在250mm以内, 以150mm为宜。

2) 屋面板下端口做折边处理, 形成水滴口状。

3) 屋面板下方设置泛水板, 内置1.5mm的镀锌钢板附件, 以起到加工作用。泛水板可起到防水和折挡屋面系统内部各种材料, 以防外露。

4) 在屋面板板肋上设置一道挡水板。一般金属屋面坡度多较大, 雨水俯冲的速度是非常大的, 为了避免快冲下的雨水进入对面的屋面板, 设置挡水板可起到使雨水减速的作用。

5.3 薄弱环节的加强处理

对于穿出物侧面、山墙等薄弱环节, 一般的做法是简单地将山墙盖板泛水与屋面板最边缘板肋用自攻螺钉连接固定, 其钉孔必然贯穿屋面内外, 一旦出现密封失效, 即会产生漏水。

对于薄弱处的做法一定要细致, 研究出科学、合理可靠的方案, 首先将预制铝合金山墙扣槽用铆钉固定于屋面板板肋, 再用山墙扣件扣住扣槽后与固定座固定, 这样便将扣槽牢牢固定住, 然后将预制丁字形可调扣槽卡在扣槽上, 最后将山墙泛水用铆钉固定在丁字形可调扣槽上, 由于外露的铆钉孔并不穿过屋面板, 所以不会有任何漏洞存在。

6 结论

济南奥体中心游泳馆整个屋盖幅面虽大, 但由于单块肋形板纵横方向铺装均可活动, 遇冷热可伸缩自如, 不会因产生应力而被拉裂变形。铝锰镁合金板屋面施工质量、造型美观等方面都远远超出了预期要求, 结构防水构造独特, 自重轻, 流水顺畅, 防水效果良好。施工得到了国内众多专家的高度评价, 也获得了设计、建设、监理及众多参观者的一致好评。

摘要：通过工程实例, 介绍了铝镁锰合金板金属屋面施工工艺、施工过程中质量控制以及关键点控制。实体效果表明工程施工质量良好、造型美观, 得了设计、建设、监理单位一致好评。

关键词：铝镁锰合金板,机械式锁边,防水铆钉,天沟收边

参考文献

[1]钢结构工程施工质量验收规范.GB50205-2001.

[2]屋面工程质量验收规范.GB50207-2002.

[3]屋面工程技术规范.GB50345-2004.

铝合金表面铈锰化学转化 篇2

关键词：铈锰化学转化,铝合金,耐蚀性

0 前 言

目前,铝合金用量仅次于钢铁,但在自然环境中,尤其是有Cl- 存在的情况下,铝合金极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等破坏[1]。因此,有必要对其进行防护处理。铝合金最常用的防护方法有阳极氧化法和化学转化法[2]。 化学转化法常用铬酸盐转化,但此工艺中Cr6+有很大的危害性,欧盟RoHS和WEEE已限制其使用[3,4,5]。为此,近来多用其他工艺取代铬酸盐钝化[6,7,8,9,10],其中铈盐转化是最有希望的替代工艺[11,12]。本工作在Ce(NO3)3和KMnO4为主盐的稀土转化工艺的基础上[13],应用动电位极化曲线法,研究了室温下成膜时间、转化液pH值、硝酸铈和高锰酸钾浓度对成膜质量的影响,以Ce - Mn转化膜在3.5 %NaCl 溶液中的腐蚀电流密度为依据, 进一步优化其工艺条件;通过扫描电镜与能谱仪分析了最佳条件下所得转化膜的微观形貌和组成成分,并对成膜机理进行了初步探讨, 以期为其推广应用提供依据。

1 试 验

1.1 基材预处理

基材为6063铝合金,尺寸为10.0 mm×10.0 mm×2.0 mm。基材分别用180,360,600,800,1 000号水磨砂纸逐级打磨,然后在强碱性溶液(100 g/L NaOH,40 g/L Na3PO4,15 g/L Na2SiO3)中60 ℃超声除油处理2 min,接着在混合酸溶液(20%HNO3 ,10%H3PO4 , 5%HF)中室温下浸泡1 min,最后在10 g/L NaOH溶液中室温下浸渍30 s,各工序间用蒸馏水清洗3次。

1.2 Ce - Mn转化

Ce - Mn转化工艺:4～16 g/L 硝酸铈,0.25～3.00 g/L 高锰酸钾,pH值1.2～2.6,时间3～15 min,温度25 ℃。

1.3 检测分析

采用CHI - 660C电化学工作站测量Ce - Mn转化膜动电位极化曲线,三电极体系:对电极为铂电极,参比电极为Ag/AgCl电极,工作电极为试样;介质为3.5%(质量分数)NaCl溶液,pH值为6.2;极化曲线的扫描范围为(-1 200～-700) mV,扫描速度为 0.5 mV/s。采用OirginPro7.0软件对极化曲线进行拟合,得到相应的电化学参数。

采用Quanta 200型扫描电镜(SEM)分析转化膜表面形貌,采用IE350MT型X 射线散射能谱仪(EDS)分析转化膜成分。

2 结果与讨论

2.1 工艺优化

2.1.1 硝酸铈及高锰酸钾浓度

表1和表2分别是Ce(NO3)3 和KMnO4浓度对转化膜电化学参数的影响。

由表1和表2可知:随Ce(NO3)3 和KMnO4浓度增加,Jcorr开始减小,然后增加,RP开始增加,然后减小,在Ce(NO3)3 和KMnO4浓度分别为7 g/L和2 g/L时,Jcorr达到最小值,RP达到最大值。因此,7 g/L和2 g/L分别是Ce(NO3)3 和KMnO4的较佳浓度。

2.1.2 转化时间

表3为转化时间对转化膜电化学参数的影响。从表3可看出,将试样浸入Ce - Mn转化液,随时间的延长,Jcorr开始减小,然后增加,RP开始增加,然后减小,在9 min时Jcorr达到最小值,RP达到最大值。因此,最佳成膜时间为9 min。

2.1.3 pH值

表4是pH值对转化膜电化学参数的影响。从表4可以看出,随pH值的降低,Epit 正移,表明pH值越小越能抑制小孔腐蚀。pH=1.2时腐蚀电流密度最大,pH=2.3时,Jcorr和RP出现极小值和极大值。pH值从2.6下降到1.2时,Epit 正移,阳极反应(Al -3e →Al3+ )和高锰酸钾还原反应(MnO-4+8H+-5e→Mundefined+4H2O)越容易发生,导致阴极反应(O2 + 2H2O + 4e →4OH-)加快,局部pH值加速升高,Ce3+和Mn2+沉积速度加快。因此,溶液pH值越低,越利于提高沉积速率,有利于沉积更厚的转化膜,较厚的转化膜意味着更好的耐蚀性。但过快的沉积速率,会造成转化膜结构松散且多孔,耐蚀能力降低。因此,较佳pH值为2.3。

2.2 转化膜的耐蚀性

图1是6063铝合金转化处理前后在3.5%NaCl溶液中的极化曲线。从图1可以看出:6063铝合金的RP=7 311 Ω,说明其容易发生腐蚀,Ecorr=-761 mV,Epit=-760 mV,说明其在高于自然腐蚀电位环境时,腐蚀就有发生的可能,一旦从局部发生就能很快发展为全面腐蚀;Jcorr=1.86 μA/cm2,说明腐蚀速度很快;转化膜RP=137 737 Ω,表明经表面处理后铝合金很难发生腐蚀,Ecorr=-830 mV,Epit =-750 mV,阳极区有一较宽的钝化区,很难从局部腐蚀发展为全面腐蚀;Jcorr=0.108 μA/cm2,说明腐蚀速度很慢,腐蚀电流密度比未钝化的铝合金降低约20倍,极化电阻增加大约20倍,转化膜表现出优异的耐腐蚀能力。

6063铝合金转化后,阳极曲线出现不同的波动,这是由于电位的不断增加,破裂→再生→破裂不断发生而造成。而随着电极电位的增加,Ce - Mn膜较薄区域破裂,发生阳极反应。由于Ce - Mn转化膜中含有CeO2·2H2O,膜破裂发生时,微溶的CeO2·2H2O会扩散到破裂处发生反应:CeO2·2H2O→Ce(OH)undefined→Ce3+→Ce(OH) 3↓,生成Ce(OH) 3沉淀在破裂处重新生成转化膜[14]。因此,Ce - Mn转化膜具有一定的自我修复能力。

2.3 Ce - Mn转化膜的表面微观形貌和组成

图2为Ce - Mn转化膜的微观形貌和EDS谱。从图2a可以看出:表面有很多前处理碱腐蚀留下的坑和成膜过程中生成的少量颗粒;由图2b可知,Ce - Mn转化膜主要含有Al,Mg,Ce,Mn,O。

2.4 成膜机理初探

在6063铝合金浸入转化溶液时,其表面不同部位的活性不同以及合金元素的作用, 构成了许多微电池[15,16,17]。微电池的阳极部分发生金属溶解, 即Al-3e →Al3+ ; 阴极部分发生氧的还原, 即O2 + 2H2O + 4e →4OH- , 或氢的析出,即2H+ + 2e →H2 。2个反应的发生, 使阴极区溶液pH 值升高, 为铈、锰和铝的氢氧化物和氧化物的沉淀创造了条件;当pH值达到一定值时,铈、锰和铝的氢氧化物和氧化物便在微阴极区沉积,形成沉淀膜。由于OH-具有向阴极区周围的扩散作用,阴极区周围pH值呈逐渐降低的分布趋势。较高pH值的区域Ce - Mn转化膜沉积较快、膜层较厚,形成形状尺寸不一的微粒和裂纹;较低pH值区域Ce - Mn转化膜沉积较慢、膜层较薄,生成一些细小的微粒构成的基膜。

Ce - Mn转化膜的成膜过程分为3个阶段:膜的形成、生长和稳定阶段[18]。膜的形成和生长阶段随时间的增加,膜的覆盖率、厚度和致密度都相应增加,腐蚀电流密度不断降低;进入稳定阶段后,膜的生成和溶解达到动态平衡,此时膜的沉积、溶解和小孔形成3个过程并存。根据吸附理论和晶体生长理论,随着成膜时间延长,Ce - Mn转化膜表面均匀性将被破坏,富集区Ce - Mn含量将不断增加,同时小孔数量不断增多,孔面积不断增大,Ce - Mn转化膜将形成海绵状形貌,膜的致密度降低,防腐蚀能力下降。

6063铝合金的腐蚀过程中阳极溶解反应和阴极去极化反应,任一反应被抑制时, 腐蚀都会被有效地控制[19,20,21]。对于6063铝合金, O2 和电子可以在基体/溶液界面上自由地扩散和迁移, 阴极反应和阳极反应速率都比较大, 表现为极化曲线阴极分枝和阳极分枝的电流密度随电位变化均比较大。Ce - Mn转化膜形成后,由于膜的存在, 阻碍了O2 和电子在基体/溶液界面的扩散和迁移, 腐蚀过程中的反应均受到抑制,表现为极化曲线阴阳极分枝都向低电流密度方向变化, 腐蚀速率大大降低。无论是极化曲线的阴极分枝还是阳极分枝, 都由于膜的存在而向低电流密度方向变化,因此,6063铝合金在Cl-存在的情况下腐蚀过程因膜的存在而受到抑制,使铝合金的耐蚀性能得到了提高。由于OH-在阴极生成,铈和锰的沉淀主要沉积在阴极,最后完全抑制阴极反应。因此,Ce - Mn转化膜主要是通过阴极抑制达到防腐蚀的功能。

3 结 论

(1)Ce - Mn转化最佳条件:7 g/L Ce(NO3)3,2 g/L KMnO4,时间9 min,pH值2.3。

(2)6063铝合金经Ce- Mn转化处理后,腐蚀电流密度比转化前降低约20倍,极化电阻增加约20倍,Ce - Mn转化膜表现出优异的耐蚀性。Ce - Mn转化膜主要通过抑制铝合金腐蚀过程中的阴极反应达到防腐蚀效果。

工业建筑屋面用铝镁锰合金板 篇3

1 铝镁锰合金屋面系统

1.1 铝镁锰合金板材料特点

铝镁锰合金板材含有的绝大部分基础元素是铝, 加入了镁、锰等合金元素, 故建筑中称其为“铝镁锰”合金板, 因而它继承了铝的大部分特性, 如加工成形性好、柔韧性好、强度高、可折弯咬边等。建筑屋面用铝镁锰板常用材质有AA3004H44、AA3005H44等。

相比传统的镀锌及镀铝锌彩钢板材料, 铝镁锰合金板具备如下优势:

1) 质量轻:密度约为2.7 g/cm3, 只有钢的1/3。

2) 强度高:通过成分配置、加工和热处理, 板强度可以达到很高。

3) 耐腐蚀:具有自我防锈能力, 可防止金属氧化锈蚀, 耐酸碱性好, 理论防腐年限可达50年左右, 满足工业建筑屋面光伏电站等新型节能屋面应用的要求。

4) 表面处理多样、美观:可进行阳极氧化、电泳、

化学处理、抛光、辊涂及喷涂等。

5) 可塑性好:易加工, 满足建筑的各种造型要求。

6) 导电性能良好:板的非磁化和低电火花敏感度, 可防电磁干扰和降低特殊环境下的易燃性。

7) 安装方便:合金板可通过铆接、焊接、胶粘等多种方式, 实现连接。

8) 环保且可100%循环回收利用。

1.2 铝镁锰合金直立锁边金属屋面构造

铝镁锰合金材料由于其本身材料特性的诸多优势, 并结合新型板型的开发, 相比传统的彩钢金属屋面构造有明显的优势。现以亚泽公司A ll-Zip铝镁锰合金屋面板为例, 说明如下。

1) 板型系统特点:A ll-Zip铝镁锰合金金属屋面系统具有完整配套的带隔热垫支座、抗风夹具、无损可调转接件等配件, 解决了普通彩钢锁缝屋面板接缝处密封胶不均匀受压、抗风揭能力弱、热胀冷缩下的滑移能力不足, 以及安装易出现咬合不紧密等诸多问题 (图2) 。

2) 细部构造特点:目前各种金属材料屋面板已广泛采用现场压型的加工方式, 尽可能地减少了板与板的搭接易造成的漏水隐患。相比彩钢屋面, 铝镁锰合金板由于材料本身性能的优势, 易于弯曲加工成型, 在标准双坡或多坡门式刚架建筑屋面, 能优化屋脊处的构造。通过A ll-Zip连续屋脊加工设备的处理, 能够减少传统屋脊处的收边设置及断板情况, 使屋脊两边的板一次连续加工成型, 提高屋面系统的完整性及功能性, 有效地简化施工工艺、降低施工成本、加快施工进度, 避免了屋脊处可能存在的漏水隐患 (图3) 。

3) A ll-Zip铝镁锰合金板在新型屋面上的应用

对于目前大力发展的光电建筑屋面、绿色节能屋面及种植屋面来说, 大面积工业建筑的屋面是一种宝贵资源, 尤其是在既有的建筑屋面上加装光伏发电系统或种植系统, 更具有重大意义。但是传统彩钢屋面板由于其材料本身的耐腐极限及板型的局限性, 已不能满足光电建筑屋面及种植屋面等新型屋面的安装使用要求。A ll-Zip铝镁锰合金屋面系统凭借其材料本身的优势及完整配套的转接配件, 已成为最符合要求的屋面系统, 在不破坏金属屋面板及保证屋面安全的前提下, 很好地满足了光电建筑屋面 (图4) 及种植屋面 (图5) 的各项要求。

亚泽专利无损可调节转接件:屋面系统其最为重要的性能指标是防水阻隔, 如果丧失了防水这项基本性能, 屋面极易渗漏。亚泽改换直立单锁边是要彻底杜绝后期对屋面的破坏, 在完美的保留金属屋面防水性能的同时又能在金属屋面上安装太阳能光伏组件。研发的无损可调节转接件在不破坏原屋面的前提下, 为安装上部新型屋面系统起到承上启下的关键作用, 并在一定范围内可调节已安装的屋面, 实现屋面极佳的平整度 (图6) 。

2 铝镁锰直立锁边屋面系统在工业建筑上的应用

2.1 推荐的屋面构造

推荐的铝镁锰合金金属屋面系统屋面构造, 见图7。

2.2 应用实例

1) 安东石油四川遂宁总部基地新建厂房屋面

该项目新建厂房部分屋面面积约30 000 m2, 是四川遂宁市的重点工业项目, 于2013年底建成投入使用。屋面为All-Zip铝镁锰合金屋面系统, 并采用了All-Zip连续屋脊构造, 保证了屋面的整体性, 加强了屋脊处的防水功能, 加快了工程的施工进度 (图8) 。

2) 山东东阿阿胶股份有限公司物流库房屋面

山东东阿阿胶股份有限公司, 系国内最大的阿胶及系列产品生产企业。本次实施项目为该厂新建物流库房金属屋面工程, 屋面面积约20 000 m2, 采用亚泽All-Zip铝镁锰合金屋面系统, 屋面板局部进行弯弧处理 (图9) 。各个环节均很好地满足了库房类项目防水、抗风、大跨度等一系列要求。目前项目已施工验收完毕并投入使用, 取得了建设方及设计方的一致认可。

3 结语

钢结构工业建筑领域通过20多年的发展, 传统彩钢屋面板已逐渐显现其劣势, 需要有新材料、新技术的不断涌现。铝镁锰合金屋面板通过近年在国内公共建筑上的广泛应用及国内基材制造技术的不断成熟, 其材料价格已趋于稳定。近年来, 众多对工业建筑有较高使用年限要求的业主及工业建筑光伏电站建设方, 已广泛认可并将铝镁锰合金材料作为其屋面刚性围护防水层的首选板材。随着建筑节能新型屋面的发展趋势以及众多国家扶持政策的陆续出台, 铝镁锰合金板在工业建筑屋面上的应用前景十分广阔。

摘要：All-Zip铝镁锰合金直立锁边金属屋面系统具有完整配套的带隔垫的支座、抗风夹具以及无损可调转接件等配件, 屋面板可现场压型加工, 使屋面防水、抗风揭, 且施工便捷, 在工业建筑屋面的应用前景十分广阔。

关键词：工业建筑,铝镁锰合金板,屋面系统,应用

参考文献

[1]中国工程建设标准化协会轻型钢结构技术委员会.CECS102—2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]中国建筑科学研究院.JGJ 255—2012采光顶与金属屋面技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

锰铜合金 篇4

镁合金质量轻、密度小、比强度大、比刚度高、减震性好、抗辐射能力强、环境负荷低且可再生循环利用, 在许多工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的发展前景, 但镁合金同时存在化学性质活泼、耐蚀性差等缺点, 又是其广泛应用的瓶颈[1,2]。

表面处理可以提高镁合金耐蚀性, 目前最成熟的工艺是以铬酸和重铬酸为主要成分生成铬酸盐复合转化膜。但是铬酸盐转化膜含有六价铬离子, 具有很强的致癌性, 美、日和欧盟各国都已禁止使用。采用磷酸盐 - 高锰酸盐水溶液对镁合金进行无铬化学转化处理, 是一种新兴的化学转化处理方法[3,4,5]。此外, 近年来稀土元素在钢铁磷化中的促进作用受到了广泛重视, 取得了可喜的成果[6,7,8]。然而, 稀土元素在镁合金磷酸盐 - 高锰酸盐磷化膜中的应用却鲜见报道。本工作考察了高锰酸钾 - 磷酸盐溶中添加稀土CeO2在AZ91D镁合金上制备磷化膜的工艺, 探讨了膜层的生长过程和形成机制。

1 试 验

试验材料AZ91D镁合金的成分 (质量分数) 见表1, 尺寸为10 mm×40 mm×3 mm。

1.1 工艺流程及参数

工艺流程:基材打磨、抛光→预脱脂→水洗→脱脂→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗→磷化→水洗→干燥→分析检测。预脱脂、脱脂、酸洗和水洗过程均在超声波环境下进行。

基材前处理及磷化处理的具体工艺参数见表2。

1.2 性能检测

用扫描电镜观察磷化膜的表面形貌及成膜过程。用美国EG&G Potentiostat / Galvanostat model 273A型电化学分析仪, 以基体和磷化膜为工作电极, 铂电极为辅助电极, 饱和甘汞电极为参考电极, 扫描速度为50 mV/min, 在3.5%的 NaCl溶液中测定基体和磷化膜的动电位极化曲线, 评价磷化膜的耐蚀性能。

2 结果与讨论

2.1 CeO2对磷化膜表面形貌的影响

CeO2对磷化膜表面形貌的影响见图1。由图1可以看出, 在不含CeO2的溶液中形成的磷化膜膜层较薄, 表面疏松。虽然其团簇状转变产物由尺寸较小的颗粒构成, 但团簇之间的孔洞尺寸却较宽、较深, 可以明显观察到基体表面在活化阶段产生的细小龟裂。

加入CeO2后, 由于稀土元素本身特殊的外层电子结构, 使其很容易吸附在基体金属表面, 提供了更多的成膜活性成核点, 增大了成核率, 加速了成核过程。此外, 添加稀土还可以细化膜层, 减少沉渣[9,10,11]。因此, 在磷化液中添加稀土CeO2, 明显改善了膜层质量, 使膜层更加致密。

对比发现, CeO2含量为0.5～1.0 g/L时成膜质量最好。

2.2 稀土磷化膜的成分及相组成

稀土磷化膜的成分及相分析结果见图2和表3 (为了比较, 给出了AZ91D镁合金基体的XRD谱) 。

综合表3和图2结果可知, 稀土磷化膜由MnO2, Ce3 (PO4) 4, Mg, Zn, Al, K的磷酸盐和锰酸盐组成。

2.3 稀土磷化膜的生长过程

图3是在添加稀土的磷化液中, 50 ℃加热下AZ91D镁合金磷化不同时间的表面形貌。

AZ91D镁合金由α - Mg相和β相 (Mg17Al12) 组成。压铸时先共晶的α - Mg固溶体呈现大块状晶粒;非平衡凝固产生的离异β相共晶体以不规则、非连续的块状分布在α - Mg固溶体的晶界上。AZ91D镁合金活化后基体变白, 表面有微孔和裂纹。

从图3a可以看出:1.5 s磷化后, 膜表面即可产生许多点状产物, 即成核点。成核点首先在α相上生成并不断聚集长大, 然后向β相扩展;随磷化时间延长, 表面粒子 (部分区域为小雪花状) 逐渐增多 (图3b) 。

磷化30.0～60.0 s时, 镁合金基体表面己经被磷化膜所覆盖 (图3c) 。磷化120.0 s以后 (图3d) , 膜层进一步增厚且更加致密, 磷化膜上团簇状产物的表面趋于圆整, 但表面不平整, 团簇状产物之间存在细小的微裂纹。这主要是由于磷化膜在α相和β相上的沉积速度不同造成的。由于磷化膜在α相上的沉积速度大于在β相上的, 导致β相上的磷化膜较薄, 因此, 干燥后易于在β相附近开裂。此外, 成膜时有氢气析出, 也是造成磷化膜存在微裂纹的重要原因[12]。

磷化时间过长, 会使成膜疏松 (图3e) , 降低与基体的结合力。

2.4 磷化膜的耐蚀性

图4是AZ91D镁合金及2种磷化膜的极化曲线对比, AZ91D镁合金基体的自腐蚀电位为-1.552 V, 腐蚀电流为15.950 mA。未加稀土的磷化膜自腐蚀电位为-1.407 V, 腐蚀电流为5.791 mA, 耐蚀性比基体改善。而稀土磷化膜的自腐蚀电位则提高到了-1.351 V, 腐蚀电流也减小到1.347 mA, 并且出现了明显的钝化区。这表明稀土磷化膜能够明显提高镁合金的耐蚀性能:一方面稀土使成膜质量有较大改善, 另一方面稀土元素会产生阴极禁止机理[13,14], 即稀土元素生成的三价或四价的化合物在物理上隔断了O2的传输, 化学上则阻碍了电子的传递与转移, 从而全面抑制了阴极的还原反应。而在腐蚀过程中, 阴极反应速率决定整个反应的速率, 一旦它的反应速率受到抑制, 金属基体的整体腐蚀速率就会降低。因此稀土磷化膜耐蚀性的大幅提高是成膜质量的改善和稀土化合物对阴极还原反应的抑制共同作用的结果。

3 结 论

(1) 利用改进的稀土CeO2- 磷酸二氢锌 - 高锰酸钾溶液体系, 可在AZ91D镁合金表面获得均匀致密、覆盖度良好的化学转化膜。

(2) 稀土元素的加入使成膜时间缩短到2min。转化膜主要由MnO2, Ce3 (PO4) 4, Mg, Zn, Al, K的磷酸盐和锰酸盐组成。

锰铜合金 篇5

高温锰系磷化得到的磷化膜具有良好的耐腐蚀性能、耐磨性能等,在现代工业中得到了广泛的应用[1,2]。高温锰系磷化处理碳钢效果较好,但对部分高合金钢磷化效果不佳,甚至难以磷化, 30CrNi3A合金钢的磷化就是一个急需解决的问题。本工作采用正交试验,分析了总酸、酸比、Fe2+浓度、表调时间、磷化时间5因素对磷化膜耐腐蚀性能的影响,浅析了影响磷化膜耐腐蚀性能和膜重的原因,得到了最佳工艺参数。

1 试 验

1.1 条件设置

将30CrNi3A合金钢加工成55 mm×7 mm×6 mm。试验流程:打磨试样→去油→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→表调→磷化→热水洗→冷水洗→晾干→后处理。采用高温锰系磷化液磷化,磷化液组成:80 g/L酸式磷酸锰,4 g/L硫酸镍,2 g/L酒石酸。磷化温度95～100 ℃。采用正交试验表L16(45)设计了4水平5因素试验表[3],因素(水平)分别为:总酸TA(80,100,120,140点)、酸比(TA/FA)(4.9,5.6,6.3,7.0)、Fe2+浓度(0.5,1.0,1.5,2.0 g/L)、表调时间(20,40,60,80 s)、磷化时间(5,10,15,20 min)。

用钢件无磷脱脂剂去油,50 g/L磷酸酸洗,0.8～2.0 g/L磷酸锰和0.8～2.0 g/L碳酸钠表调剂表调。

1.2测试表征

磷化膜的耐腐蚀性能测试采用CuSO4点滴试验进行,点滴液浓度:CuSO4·5H2O(50 g/L) ∶NaCl(10%) ∶HCl(0.1 mol/L)=40 ∶60 ∶0.8,试验温度为(25±2) ℃。磷化膜膜重用“去膜法”(50 g/L铬酸溶液,60～70 ℃去膜15 min)获得。对制得的磷化膜进行SEM检测和成分分析。

2 结果与讨论

2.1 工艺参数对磷化膜耐腐蚀性能的影响

图1～5为磷化膜耐腐蚀性能与各工艺参数之间的关系。

由图1～图5可见,总酸、酸比、表调时间、磷化时间对磷化膜耐腐蚀性能的影响基本相似,即都有一个先升高后降低的趋势。而Fe2+浓度对耐腐蚀性能的影响是先降低,然后有一个上升的趋势,但总体上呈现下降的趋势。由正交直观分析[4]可以得出最佳耐腐蚀性能磷化膜的工艺参数为:TA 100点,酸比 6.3,Fe2+浓度 0.5 g/L,表调时间 40 s,磷化时间 15 min。各因素对耐腐蚀性能的影响:磷化时间>酸比>Fe2+的浓度>总酸>表调时间。

图6为耐腐蚀时间的分布,50 s为一个量级。耐腐蚀时间最短为127 s,最长为533 s,平均为285 s。

2.2 工艺参数对磷化膜膜重的影响

各因素与膜重的关系见图7～图11。

根据正交试验直观分析的结果,各因素对膜重影响:总酸>磷化时间>表调时间>酸比>Fe2+浓度。总酸高,能使磷化液保持足够的成膜离子的质量浓度,有利于加速磷化反应速度,增加膜重。因此,总酸越高,膜重越大。

图12为膜重的分布,5 g/m2为一个量级。膜重最小为20.31 g/m2,最大为58.63 g/m2,平均为37.56 g/m2。

通过对图1～12的分析,得出了耐腐蚀性能和膜重与各因素的关系(见表1)。

2.3 磷化膜表面形貌与成分

从磷化后挑选出耐腐蚀性好(533 s)、中(300 s)、差(127 s)的3个典型试样进行SEM扫描,得到的磷化膜微观形貌见图13,对应的试验条件及相关结果见表2,表3。

由图13可知,3种试样的显微结构均为块状晶粒的堆积结晶。图13a中磷化膜晶粒细小且结晶比较均匀,晶粒大小为5～10 μm,磷化膜耐腐蚀性能好;图13b中磷化膜晶粒较为粗大,晶粒大小为10～20 μm,但结晶比较均匀,膜重较大,晶粒排布紧密,孔隙少,耐腐蚀性能居中;图13c中磷化膜晶粒大小不均,尺寸为5～12 μm,晶粒孔隙较多,膜重较小,说明磷化膜尚未完全生成,耐腐蚀性能较差。可见,晶粒越均匀致密,晶粒越小,膜重越大,耐腐蚀性能越好。

能谱成分分析表明,3个磷化试样中磷化膜所含元素种类基本相同,主要含O,P,Mn,Fe,但各元素的含量有一定差异,耐腐蚀性能高的试样中,锰元素的原子分数大,铁元素的原子分数小,O/P比值小,Mn/Fe比值大。

3 讨 论

3.1 磷化时间的影响

磷化时间并不是越长越好,只要能充分反应成膜即可。因为反应完成后,即在图5中的15 min后,随着磷化时间的延长,磷化液中的游离酸会造成磷化膜的过腐蚀,磷化膜变得粗糙,反而对膜层的耐腐蚀性能有副作用[5]。从图5和图11中可以看出,磷化时间为15 min时,耐腐蚀性能较好;磷化时间为20 min时,膜重较大。

3.2 Fe2+浓度的影响

磷化液中Fe2+浓度对磷化膜耐腐蚀性能的影响较大,磷化液中保持一定的Fe2+含量能提高磷化膜厚度和抗腐蚀性,有利于加速磷化过程和细化晶粒,过低时磷化较困难。从图13和表3中可以看出,Fe2+含量过高会导致磷化膜结晶粗大,磷化膜晶体之间的缝隙增大,且形成了较多的酸性磷酸铁盐,所以耐腐蚀性能降低。要提高磷化膜的耐腐蚀性能,就必须限制亚铁在结晶中的含量,Fe2+要尽量少,但过少成膜困难。从图3和图9可以看出,Fe2+浓度为0.5 g/L时,磷化膜耐腐蚀性能较好;Fe2+浓度为1.0 g/L时,膜重较大。

3.3 总酸度的影响

钢铁件浸入磷化液时,总酸越大,反应动力越大,形成的膜就越细密,晶体之间的缝隙就越小,耐腐蚀性能就越好[6]。反之,结晶就会粗大,晶体之间的缝隙大,耐腐蚀性能就会越差。从图13中可以看出,总酸为100点时晶粒较小,而总酸为140点时,晶粒较大,对耐腐蚀性能产生不良影响。因此,要得到较好的耐腐蚀性能,就必须控制总酸在一定范围内。从图1和图7中可以看出,总酸为100点时,磷化膜耐腐蚀性能较好;总酸为140点时,膜重较大。

3.4 酸比的影响

总酸与游离酸的比值小,即游离酸大,金属表面阳极氧化过快,阴极区产生的氢气过多,阻碍磷化结晶的形成与沉积,造成磷化过慢,成膜困难,膜层粗糙、疏松、晶粒粗大、多孔且不连续,易泛黄挂灰,耐腐蚀性能差;酸比大,即游离酸低,金属表面阳极氧化过慢,对金属表面的浸蚀不够,成膜困难,并且会导致磷酸二氢盐过度水解,产生大量沉淀,造成槽液混浊,磷化膜挂灰。因此,酸比必须控制在一定的范围之内,才能有效地提高磷化膜的耐腐蚀性能。从图2和图8中可以看出,酸比为6.3时,耐腐蚀性能较好;酸比为4.9时,膜重较大。

3.5 表调时间的影响

表调的主要作用是稳定磷化膜的膜重和使磷化膜结晶在有利的方向定向结晶。锰盐表调可使经强酸、强碱处理的金属表面活化,形成大量的、分布均匀的晶核,因而生成均匀、致密、精细、与基体结合牢固、防护性能强的磷化膜。表调时间的长短影响金属表面上形成晶核的数量和均匀性,对磷化膜的耐腐蚀性能和膜重有较大影响。从图4和图10中可以看出,表调时间为40 s时,耐腐蚀性能较好,且膜重较大。

4 结 论

(1)各因素对磷化膜耐腐蚀性能的影响大小顺序:磷化时间>酸比>Fe2+浓度>总酸>表调时间。适当的总酸、酸比、磷化时间及降低Fe2+浓度有利于提高磷化膜的耐腐蚀性能。

(2)各因素影响膜重大小的顺序:总酸>磷化时间>表调时间>酸比>Fe2+浓度。适当的酸比、表调时间、Fe2+浓度及增加总酸和磷化时间有利于增加膜重。

(3)磷化膜为块状晶粒,其成分主要含O,P,Mn,Fe,磷化膜中锰含量越高,铁含量越低,晶粒越细小均匀,越有利于提高其耐腐蚀性能。

(4)耐腐蚀性能较佳的工艺参数为:总酸 100点,酸比 6.3,Fe2+浓度 0.5 g/L,表调时间 40 s,磷化时间 15 min。

(5)膜重较佳的工艺参数为:总酸 140点,酸比 4.9,Fe2+浓度 1.0 g/L,表调时间 40 s,磷化时间 20 min。

摘要：部分高合金钢磷化效果不佳,甚至难以磷化。通过正交试验,对30CrNi3A合金钢黑色锰系磷化工艺进行了优化研究,分析了磷化过程中总酸、酸比、Fe2+浓度、表调时间、磷化时间等因素对磷化膜耐腐蚀性能和膜重的影响。结果表明,适当的总酸、酸比、磷化时间以及降低Fe2+浓度有利于提高磷化膜的耐腐蚀性能。为提高磷化膜的耐腐蚀性能,应尽量使磷化膜晶粒细小均匀,增加膜重,提高磷化膜中锰的含量,降低磷化膜中铁的含量。

关键词：高温锰系磷化,30CrNi3A合金钢,磷化膜,耐腐蚀性

参考文献

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[2]赵兴强,方亮,王新强,等.Ni19Co9Mo5粉末件高温锰系磷化膜形成过程的研究[J].材料导报,2007,21(5A):461~462.

[3]雷作缄,胡梦珍.金属的磷化处理[M].北京:机械工业出版社,1992:102~103.

[4]正交试验设计法编写组.正交试验设计法[M].上海:上海科学技术出版社,1979:16~24.

[5]冯明海,方亮,耿晓菊,等.合金钢30CrMnMoTi高温锰系磷化工艺研究[J].材料导报,2006,20(3A):98~100.

锰铜合金 篇6

项目概况:桂林康密劳铁合金有限公司锰系合金搬迁及产品升级项目, 位于广西桂林市灵川县, 属法国埃赫曼集团在桂林的独资项目, 项目占地面积7 7 2.1亩。一期工程生产规模约为1 6.18万吨锰系合金, 建成后为中国铁合金行业设备工艺最先进的锰系合金生产基地, 被列为2 0 0 9年度广西壮族自洽区 (省级) 层面统筹推进的重大项目。于2 0 0 9年11月~2010年4月完成详勘工作。项目特点: (1) 工程地质条件复杂。属岩溶地区, 浅层岩溶发育强烈, 上覆土层种类多, 分布不均匀, 主要土层为特殊性岩土一混合土, 局部发育有软弱土, 分布有大面积较厚填土。 (2) 项目占地面积较大, 拟建建 (构) 筑物设计特点多样, 有高50米的煤气柜、深-8.5米的深基坑地下室料仓、荷重达1280t的厂房设备、大面积堆载、变电站等, 基础形式有_般基础、动力基础等。勘察技术手段多样, 技术成果显著:勘察阶段除采用钻探、常规原位测试及室内试验手段外, 还采用了专项测试手段, 如:对混合土进行浅层平板载荷试验;利用波速法确定土的动力参数;对回填土采用井探方式分层现场取样做击实试验, 结合原位测试评价其密实度及均匀性;对变电站区域进行了土壤视电阻率测试、试坑注水试验等。编制了场地《工程地质分区图》, 以利于设计单位方便快捷的对基础型式进行选取判定。勘察报告所提岩土参数准确可靠, 基础型式或地基处理方案经济合理, 均被设计方采纳。受到各方好评。车间内景