銦含量對鋁鋅銦合金在3%NaCl溶液中溶解性能的影響＊

王一都，郝小軍，雷英春，侯 華，趙宇宏

（1.中北大學材料學院，山西 太原 030051；2.太原工業學院環境與安全工程系，山西 太原 030008）

有關銦的作用及活化機理的文獻比較多[1-7]，由純鋁及其合金在腐蝕電位下的電化學阻抗譜[2-7]，觀察合金溶解前后的微觀形貌，分析元素富集狀態[8]，可以得出銦的活化機理。但是，在陽極極化電位下，對合金表面附著油膜時的阻抗譜特征尚未詳細研究，對在這種條件下銦的作用及活化機理缺乏研究。

本文測試了鋁鋅銦合金在質量分數為3.0%的NaCl溶液中的EIS。研究銦含量對鋁鋅銦合金溶解性能的影響，可以對該合金在放電狀態時的溶解有更深入的理解。

1 實驗方法

實驗采用尺寸為φ13 mm×65 mm的鋁鋅合金和鋁鋅鎵合金試樣在實驗室熔煉，坩堝和模具等工具均為石墨制品，測試橫截面，非工作面環氧樹脂涂封，逐級打磨至600#，無水乙醇脫脂。試樣表面有油膜狀態，在試樣工作面涂一層機油，實驗結束后，試樣表面仍然附著油膜。

EIS測試系統為PARSTAT 2263，軟件PowerSuite；施加正弦擾動幅值為5 mV，測試頻率為35 kHz～35 mHz，對數掃頻共測40個點；采用三電極系統，輔助電極石墨，參比電極SCE；介質為質量分數為3%的NaCl溶液，溫度為（20±2）℃。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

實驗測定了6種不同銦含量的Al-Zn-In合金在不同極化電位、不同表面狀態下的EIS。圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6示出了幾種典型試樣的EIS。實驗表明，Al-Zn-In合金在不同條件下呈現的EIS特征不同。

表1 鋁鋅銦合金的化學成分

從圖1、圖2中可以看出，試樣表面狀態對In含量為零試樣In0的EIS影響比較大。當試樣表面有油膜時，感抗弧并未出現，阻抗幅值為裸露表面的10～103倍。

由圖3、圖4、圖5、圖6可知，表面狀態對含In試樣的EIS有一定的影響，會降低其開路電位。當試樣表面有油膜時，阻抗模值均比裸露表面的大。這說明，試樣表面附著的油膜對In的活化作用有一定影響。

隨著銦含量的增加，Al-Zn-In合金開路電位降低，阻抗幅值減小，高In含量試樣溶解得更快。

試樣在不同極化電位下的EIS差異比較大，不同極化電位下試樣EIS不同，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。在高于開路電位時，試樣處于陽極極化，發生溶解，阻抗幅值下降。

2.2 討論

2.2.1 鋁鋅銦合金活化溶解機理

只有溶解在固溶體中的銦（Al（In））才能起活化作用[2]，在固溶體中鋅（ Al（Zn））、富鋅相溶解的同時，（Al（In））開始溶解。合金的活化溶解分為以下3步。

2.2.1.1 溶解

在氧化膜不完整處，氧化膜作為陰極，面積比較大，裸露α固溶體作為陽極性組分，面積比較小。In原子優先溶解，隨后固溶體、富鋅相溶解，生成中間產物，這樣在合金表面形成點蝕孔。的溶解反應。這一步為合金溶解反應控制步驟。

2.2.1.2 沉積

點蝕孔附近溶解的中間產物、、被鋁基體和置換，沉積到電極表面，反應方程是：

2.2.1.3 再溶解

再溶解與沉積同時發生。、、與第二步反應沉積的In有一部分用來還原H+，生成Zn（OH）2、Al（OH）3，Al（OH）3脫水生成高電阻 Al2O3·H2O 表面膜覆蓋于鋁合金表面。沉積反應生成的H2在鋁合金表面氧化膜的剝離方面會產生活性點，進一步溶解，以完成鋁合金的活化溶解。當的生成速度超過其活化Al的速度時，的消耗反應速度加快，比如反應

2.2.2 銦含量對鋁鋅銦合金電化學行為的影響

按照上述機理，當Al-Zn-In合金試樣表面無油膜時，在陽極極化電位下，（Al（Zn））、（Al（In））通過電偶腐蝕的作用將固溶體中的Al氧化為。

當合金中In的含量比較低（0.01%～0.03%）時，（Al（Zn））、（Al（In））共同活化合金。濃度低，相應于EIS圖中有3個容抗弧；中間產物的吸附、沉積，相應于EIS圖中有3個感抗弧。此時，EIS的電化學等效電路CDC代碼為R（C（CR）（LR）（CR）（LR）（LR））。

當Al-Zn-In合金中的In含量較高（0.04%～0.05%）時，In活化合金的能力大大加強。濃度高，相對而言，固溶體中的Zn的作用只是增加電子和離子的濃度[4]，相應于EIS圖中有1個容抗??；中間產物的吸附、沉積，相應于EIS圖中有1個感抗弧。此時，EIS的電化學等效電路CDC代碼為R（QR（LR））。EIS阻抗模值降低，但降低幅度不大，自身消耗加快。

在－0.85 V下，油膜和氧化膜薄弱處，固溶體中的In與滲透的微量水反應，生成H2，暴露出新鮮的鋁合金表面，、、的生成、吸附、沉積還在進行。等效電路CDC代碼與試樣表面無油膜時相同。

當試樣In0表面有油膜時，固溶體中鋅的溶解緩慢。當微量的H2O和Cl－透過油膜及氧化膜薄弱處后，固溶體中鋅溶解，形成閉塞電池。等效電路CDC代碼為R（Q（R（QR）））。由上述結果可知，在－0.85 V下，In的活化能力比較強，In的存在與否對Al-Zn-In合金溶解的影響顯著。

3 結論

Al-Zn-In合金在In含量不同、表面狀態不同時，呈現的EIS特征不同。Al-Zn-In合金中固溶體內In與固溶體同時溶解，為鋁鋅銦合金溶解反應的控制步驟。In原子溶解生成的中間產物的溶解—沉積對Al-Zn-In合金的活化溶解起決定性的作用。In的存在與否對Al-Zn-In合金溶解的影響顯著。In的活化能力比較強，可以與穿透合金表面油膜的微量水分子反應，生成的H2的可以撕裂表面油膜，進一步活化合金。當合金中含有In時，In含量和試樣表面的油膜對合金溶解影響不大。

圖1 試樣In0表面無油膜時在質量分數為3%的NaCl溶液中不同極化電位下的EIS

圖2 試樣In0表面有油膜時在質量分數為3%的NaCl溶液中不同極化電位下的EIS

圖3 試樣In1表面無油膜時在質量分數為3%的NaCl溶液中不同極化電位下的EIS

圖4 試樣In1表面有油膜時在質量分數為3%的NaCl溶液中不同極化電位下的EIS

圖5 試樣In4表面無油膜時在質量分數為3%的NaCl溶液中不同極化電位下的EIS

圖6 試樣In4表面有油膜時在質量分數為3%的NaCl溶液中不同極化電位下的EIS

參考文獻：

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