Pb36.32Sn58.68Bi5合金不可逆液-液结构转变对耐腐蚀性能的影响

何宏宇，余 瑾，张先锋

（合肥工业大学 材料科学与工程学院，合肥 230009）

Pb36.32Sn58.68Bi5合金不可逆液-液结构转变对耐腐蚀性能的影响

何宏宇，余 瑾，张先锋

（合肥工业大学 材料科学与工程学院，合肥 230009）

Pb36.32Sn58.68Bi5合金在液相线以上数百度温度范围内发生液-液结构转变，而且具有不可逆性，液-液结构转变后的Pb36.32Sn58.68Bi5合金在空气中凝固时的组织明显细化。通过电化学腐蚀试验测得的极化曲线以及自腐蚀电位、极化电阻、自腐蚀电流等电化学参数，可以看出结构转变后的试样在酸、碱和盐中的耐腐蚀性能增强。

Pb36.32Sn58.68Bi5合金；液-液结构转变；耐腐蚀性

液态金属已经成为凝聚态物理和现代材料加工广泛的研究热点[1]，熔体过热处理则是研究液态金属与凝固行为和组织相关性的重要手段。熔体过热处理指的是将熔融金属液或合金液过热到液相线以上某一温度，保温一段时间后采取某种方法使其凝固的技术。熔体过热处理能在很大程度上细化合金组织，提高力学性能[2，4]。已经发现的液-液结构转变对合金的凝固行为和凝固组织有什么影响，这是个牵扯到新的凝固技术原理和工艺的问题，对这些问题进行深入研究，不仅有助于人类进一步认知液态物质结构与性质的自然本质，对科学发展有重要意义；同时，有助于对凝固微观机理的深入认识、凝固微观结构及缺陷的有效控制，为研发新型合金材料、开拓及改进材料加工工艺方法提供科学依据。研究发现Pb36.32Sn58.68Bi5过热到900～1050℃发生液-液结构转变，并且该转变具有不可逆性[5]。发生结构转变的Pb36.32Sn58.68Bi5熔体凝固后，其成分均匀，组织细小。因此，本文通过对Pb36.32Sn58.68Bi5进行过热处理使其发生液-液结构转变，改变液态金属熔体的结构，提高Pb36.32Sn58.68Bi5合金的耐腐蚀性。

1 实验方法及内容

取纯度为99.99%的Pb、Sn和Bi按比例配制两份各20g，置于刚玉坩埚内，分别标为1号样和2号样。为防止氧化和挥发，在试样上浇入熔融的B2O3作覆盖剂。将1号样放进550℃的箱式电阻炉内保温1小时取出空冷；将2号样先放进1150℃的电阻炉内保温半小时后，迅速转移到550℃的电阻炉内再保温半小时取出空冷。将结构转变前后的Pb36.32Sn58.68Bi5合金切割成相同大小的块状试样，工作面尺寸为5mm×4mm。试样用乙醇清洗10min，去除表面的油污和颗粒，用电烙铁把铜导线焊在试样的一侧端面，将与焊接导线端面的相对面作为工作面，非工作面以及连接试样的铜导线裸露部分用502胶水涂封。工作面在金相砂纸上打磨后，在抛光机上抛光。在极化实验中保证只有一个面参与反应。

电化学实验采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂。极化曲线采用动电位极化测量方法，扫描速度为10mV/s，电解质溶液分别为0.5mol/L H2SO4溶液、2mol/L NaOH溶液和3.5%NaCL溶液。溶液采用蒸馏水配制，所有实验均在室温下进行，溶液未经除氧处理。实验前将试样放入无水乙醇中超声波清洗20min，在腐蚀性能测试之前先将试样浸入电解质溶液30min以保持其稳定，极化曲线所测量的数据用OriginPro7.0软件分析处理。最后得出的曲线见图1、图2和图3所示。

上述的极化曲线图对应的有关参数如表1、表2和表3所示。

表1 Pb36.32Sn58.68Bi5合金在0.5mol/L H2SO4溶液中的电化学腐蚀参数

表2 Pb36.32Sn58.68Bi5合金在2mol/L NaOH溶液中的电化学腐蚀参数

表3 Pb36.32Sn58.68Bi5合金在3.5%NaCL溶液中的电化学腐蚀参数

2 实验结果与分析

在H2SO4溶液中，由于硫酸电离出大量的H+，H2O的电离平衡被打破而产生大量的OH－，电负性较高Pb作为阳极与OH－反应生成PbO，腐蚀产生的PbO可在腐蚀表面形成钝化膜。从图1和表1可以看出：结构转变后的Pb Sn Bi合金在0.5mol/L H2SO4溶液中的腐蚀电位为－0.565V，较转变前略有增加，但是极化电阻是转变前的2倍，腐蚀电流是转变前的1/2，随着极化电阻的增加，工作面越难被腐蚀，耐腐蚀性越好；对比阳极极化曲线，结构转变后试样发生钝化的时间明显早于转变前试样，钝化膜一旦形成，势必会阻止腐蚀的继续深入，腐蚀速度放慢，这说明转变后的试样腐蚀量要小于转变前的试样。因而，结构转变后的Pb36.32Sn58.68Bi5合金在酸中表现出很好的耐腐蚀性。

由于NaOH溶液中存在大量的OH－，Pb与OH－反应生成PbO可以形成钝化膜。从图2和表2可以看出：结构转变后的Pb36.32Sn58.68Bi5合金在2mol/L NaOH溶液中的腐蚀电位和转变前的基本一致，而极化电阻是转变前的10倍，腐蚀电流是转变前的1/10，由于OH－的大量存在，尽管转变前后极化电阻和腐蚀电流相差很大，还是不能形成长时间存在的钝化膜，表现在阳极极化曲线上是出现很多钝化峰，反复形成钝化膜后反复破坏。转变后试样的极化曲线始终低于转变前的，说明转变后试样每个时间点的腐蚀电流都要小于转变前的，转变后试样的耐腐蚀性略好。

在NaCL溶液中，NaCL电离产生大量的CL－，Pb与CL－反应生成PbCL2形成钝化膜。从图3和表3可以看出：结构转变前后Pb36.32Sn58.68Bi5合金在3.5%NaCL溶液中的腐蚀电位差别不大，极化电阻是转变前的2倍，腐蚀电流是转变前的1/2。阳极极化曲线一开始出现2个极化峰，都是因为钝化膜不够致密而遭到破坏。腐蚀电流达到最大值后趋于稳定，这时的极化曲线呈一条水平线，结构转变后试样的腐蚀电流稳定一段时间后，又突然下降，这是因为腐蚀面又重新产生了钝化膜，而结构转变前的试样则没有出现这种现象。由此得出转变后试样的耐腐蚀性能增强。

3 结论

（1）Pb36.32Sn58.68Bi5过热到 900～1050℃发生液-液结构转变，并且具有不可逆性。

（2）采用电化学腐蚀的方法测出极化曲线和相关参数。结果表明在H2SO4溶液中结构转变后试样钝化膜的形成时间早于结构转变前试样；在NaOH溶液中结构转变后试样每个时间点的腐蚀电流都要小于结构转变前的；在NaCL溶液中结构转变后的试样最后会生成钝化膜，而结构转变前的试样则没有。

（3）结构转变后试样在酸、碱和盐中的耐腐蚀性能明显好于结构转变前的耐腐蚀性能。

[1]边秀房，李辉，等.温度对液态重金属Pb结构变化的影响[J].无机化学学报，2000，16（01）:47.

[2]耿浩然，马家骥，王拥军.高强度铸造铝合金的熔体过热处理[J].中国有色金属学报，1994(04):73-77.

[3]ZU F Q，ZHU Z G，GUO L J，eta1.Observation of an anomalous discontinuous liquid-structure change with temperature[J].Physical Review Letters，2002，89（12）:1-3.

[4]ZU Fang-Qiu，YU Jin，XU Wei，ZHANG Yan，YANG Hui-Zhen.Reversibility ofTemperature-Induced Liquid Transition in Pb26Sn42Bi32 Melt:Experimental Evidence with Electrical Property[J].China Phys.Lett.，2008，25（4）:1384-1387.

[5]徐炜.PbSnBi三元合金熔体温度诱导液-液结构转变行为研究[D].合肥:合肥工业大学，2006.

Effect of Irreversibility of Liquid-Liquid Structure Transition on the Corrosion Resistance Property of Pb36.32Sn58.68Bi5Alloy

HE HongYu，YU Jin，ZHANG XianFeng
（School of Materials Science and Engineering Hefei University of Technology，Hefei 230009，Anhui China）

Liquid-liquid structural transition（LLST）was suggested to occur in Pb36.32Sn58.68Bi5alloys,within a certain range of several hundred degrees above the liquidus and the structural transition is irreversible,then the organization of irreversible LLST of Pb36.32Sn58.68Bi5alloy in the air during solidification refined.In view of the parameters measured by tests such as the corrosion potential,polarization resistance and corrosion current,after LLST the corrosion resistance property of the samples in acid,alkali and salt has been enhanced.

Pb36.32Sn58.68Bi5alloy；Liquid-liquid structure transition；Corrosion resistance property

TG146.1+2;

A；

1006－9658（2010）02－4

2009－11－05

2009－149

何宏宇（1985-）男，硕士生，研究方向：新型材料制备及其液态成型原理与工艺