Zn-Cu-Ti合金的力学性能及腐蚀性能研究进展

Zn-Cu-Ti合金是一种应用前景十分广阔的锌基合金.将Cu、Ti元素加入锌基体中,不但能使材料硬化,而且可有效提高材料的抗蠕变性能,其良好的综合力学性能可与铜合金相当,且密度更低.Zn-Cu-Ti合金继承了金属锌极佳的耐蚀性,用其板材替代传统的镀锌板,在大气环境中作为屋顶覆盖材料可使使用年限延长几十倍.我国的锌矿资源储量和产量均居世界前列,但Zn-Cu-Ti合金在锌的应用中占比极低.首先,目前Zn-Cu-Ti合金的应用领域较单一,作为建筑墙板和屋顶用材,国内加工成卷板的处理工艺存在较多不足,高质量的卷板还需要进口.其次,Zn-Cu-Ti合金在自然大气环境中具有极佳的耐蚀性,但在特殊腐蚀环境下的腐蚀机理研究极不清晰.最后,Zn-Cu-Ti合金在高温和低温环境中的力学性能仍较差,对其力学性能的研究还没有统一的结论.这些均限制了该合金在其他领域的应用.近年来,国内外学者积极探索锌合金改性技术,新开发的锌合金压铸件形状精密且复杂,常用来制作轴承、模具、耐磨和减震部件等.研究已证实,选择合理的工艺将可大幅提升Zn-Cu-Ti合金的力学性能和耐蚀性能,如机械加工及热处理可以改变化合物相的尺寸、分布和金属离子的固溶度等.适当增加Cu含量可提高合金的硬度及抗拉强度;Ti对锌合金韧性有一定的改善作用;加入Gr、Mg和稀土等元素会改变合金相组成、晶粒尺寸以及腐蚀层结构等,进而改善合金的力学性能及腐蚀性能.在实验中,实验设计包括改变合金成分比例,添加微量金属元素,改进制备、加工和热处理工艺等.力学性能测试主要包括硬度、抗拉强度、塑性和韧性等.腐蚀性能测试包括合金自腐蚀速率、电化学腐蚀和应力腐蚀开裂等.分析方法除微观结构、相组成测试外,还包括利用腐蚀层致密度分析合金耐蚀性能及建立数学模型等.从长期来看,Zn-Cu-Ti合金在锌的消费结构中的比例将会逐渐增长.在应用中,Zn-Cu-Ti合金也将成为电器用材、五金用材、汽车部件和涂层材料等的优质替代材料.本文结合Zn-Cu-Ti合金的特点,阐述国内外Zn-Cu-Ti合金在力学性能和耐腐蚀性能上的研究进展,总结Zn-Cu-Ti合金制备工艺、成型工艺以及腐蚀方面的基础理论研究成果.同时,结合Zn-Cu-Ti合金的应用前景,展望Zn-Cu-Ti合金更广泛的应用,以期为Zn-Cu-Ti合金的开发和应用提供必要的参考.

Research Progress on Mechanical and Corrosion Properties of Zn-Cu-Ti Alloys