CuSn合金經(jīng)濟(jì)便宜、無(wú)環(huán)境污染，具有良好的形狀記憶效應(yīng)和優(yōu)良的導(dǎo)電性能，可廣泛應(yīng)用于電機(jī)、繼電器以及電氣化鐵道運(yùn)輸接觸網(wǎng)等領(lǐng)域。一般情況下，CuSn合金是一種比較耐蝕的合金。但是隨著其使用范圍和環(huán)境的變化，在某些情況下，CuSn合金仍然會(huì)發(fā)生腐蝕。

    目前，關(guān)于快速凝固CuSn合金的研究尚較少，且主要集中在關(guān)于其力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)組織方面，而關(guān)于其腐蝕行為及機(jī)理也不明確。本文利用快速凝固技術(shù)分別制備了兩種不同成分的CuSn合金，研究了快速凝固（快凝）CuSn合金的相結(jié)構(gòu)，電阻率及其在NaOH溶液中的耐腐蝕性能。

    試驗(yàn)參數(shù)一覽

    1.試樣制備

    采用99.99%Cu和99.99%Sn高純金屬按照化學(xué)比例配制Cu65Sn35、Cu75Sn25兩種成分的合金，利用真空電弧爐熔煉制備母合金。為了保證成分均勻，對(duì)合金樣品進(jìn)行4～6次的翻轉(zhuǎn)熔煉。取適量的CuSn合金放入石英玻璃管，在高頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔化，在熔化過(guò)程中利用紅外測(cè)溫儀測(cè)量合金熔體的溫度，并在一定溫度下將熔體噴射進(jìn)直徑為3mm的銅模具里進(jìn)行快速冷卻，最終獲得快速凝固CuSn合金。

    2.試驗(yàn)儀器

    X'Pert-Pro MRD衍射儀、普林斯頓VersaSTAT4電化學(xué)工作站。

    結(jié)果與討論

    對(duì)Cu75Sn25及Cu65Sn35兩種成分的快凝合金，分別對(duì)其組織結(jié)構(gòu)及電阻率、電化學(xué)腐蝕性能進(jìn)行了分析，其結(jié)果如下。

    1 相組成及微觀組織、電阻率分析

    圖1 快速凝固CuSn合金的X射線衍射圖譜

    由圖1可知，Cu75Sn25快凝合金為Cu3Sn相，而Cu65Sn35快凝合金以單斜晶系， 空間群為C2/C的Cu6Sn5相為主，含有少量的脆性Cu3Sn相。

    表1   快凝CuSn合金的電阻率

    由表1可知，兩種不同成分的快凝CuSn合金的電阻率沒(méi)有明顯區(qū)別，均比較高。據(jù)此可以推測(cè)，兩種金屬間化合物的電阻率沒(méi)有明顯區(qū)別。

    2 電化學(xué)腐蝕性能

    快凝CuSn合金的極化曲線

    圖2 快速凝固CuSn合金在NaOH介質(zhì)中的動(dòng)電位極化曲線

    由圖2可知，兩種快凝合金的極化曲線相似，陽(yáng)極區(qū)出現(xiàn)較為明顯的鈍化現(xiàn)象，兩種快凝合金的腐蝕機(jī)制相似。

    結(jié)合圖2及表2可以看出，在0.1mol/L的NaOH介質(zhì)中兩種快凝合金均具有相對(duì)較好的耐腐蝕性能。但相比快凝合金Cu65Sn35（-387mv，2.8E-4mA/cm2），快凝合金Cu75Sn25具有較負(fù)的腐蝕電壓（-427mv）及較大的腐蝕電流密度（7.9E-4mA/cm2），這表明快凝合金Cu75Sn25具有更嚴(yán)重的腐蝕傾向及更快的腐蝕速度。而且在相同的點(diǎn)位下，快凝Cu75Sn25合金始終比快凝Cu65Sn35合金的陽(yáng)極溶解電流密度大。綜合以上結(jié)果，可知具有金屬間化合物Cu6Sn5相的快凝Cu65Sn35合金的耐腐蝕性要優(yōu)于具有Cu3Sn相的快凝Cu75Sn25合金。

    表2  快冷CuSn合金的極化參數(shù)

    快凝CuSn合金的交流阻抗譜

    由表3可知，快凝合金Cu65Sn35的Rct數(shù)值明顯高于快凝合金Cu75Sn25，這說(shuō)明快凝合金Cu65Sn35具有比較低的腐蝕速率。這與極化曲線的結(jié)果相一致，進(jìn)一步證實(shí)快凝合金Cu65Sn35的耐腐蝕性要優(yōu)于快凝合金Cu75Sn25。

    （1） Cu65Sn35

    （2）Cu75Sn25

    圖 3 快速凝固CuSn合金在NaOH介質(zhì)中的交流阻抗譜曲線

    圖4  等效模擬電路

    表 3  快冷CuSn合金的的等效電路元件參數(shù)

    結(jié)論

    兩種快凝CuSn合金均形成不同的金屬間化合物，Cu75Sn25快速凝固合金為Cu3Sn相，而Cu65Sn35快速凝固合金以Cu6Sn5相為主，含有少量的脆性Cu3Sn相。由于金屬間化合物的形成導(dǎo)致傳導(dǎo)電子的減少，兩快凝合金的電阻率相差很小。在NaOH溶液中，快凝合金Cu65Sn35的耐腐蝕性明顯優(yōu)于快凝合金Cu75Sn25。