锡对钛及钛合金的影响
锡含量对Pb-Ca-Sn-Al合金性能的影响
锡含量对Pb-Ca-Sn-Al合金性能的影响王力臻;张泽昌;张林森;方华【摘要】采用恒电位阳极极化、线性扫描阴极极化、交流伏安、恒流阳极腐蚀和金相显微观察等方法,研究锡(Sn)在铅钙合金(Pb-Ca-x％ Sn-Al)中的作用和锡含量对铅钙合金性能的影响.锡的加入可以细化铅钙合金晶粒.随着锡含量从0.1％增加到2.0％,铅钙合金在1.2V下腐蚀电流下降55％,腐蚀膜的形成量减少49％,0.5A/cm2下恒流阳极腐蚀3d,失重减少75％;腐蚀膜转化阻抗下降到4.1Ω/cm2;在相同的阴极或阳极极化电位下,析氢或析氧反应速度减小.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2016(046)002【总页数】4页(P101-104)【关键词】铅酸电池;铅钙合金;锡;板栅;耐腐蚀性能【作者】王力臻;张泽昌;张林森;方华【作者单位】郑州轻工业学院材料与化工学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化工学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化工学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化工学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TM912.1板栅合金的性能在很大程度上影响或决定了密封铅酸电池的性能[1]。
铅钙合金具有较高的析氢过电位、较好的导电性和较高的机械强度，但钙很活泼、易氧化，易导致电池出现早期容量损失(PCL)现象。
加入一定量的锡，可改善铅钙合金的铸造性能，提高铅钙合金的耐腐蚀性能，增加合金腐蚀膜的导电性，改善循环性能。
加入0.01%～0.05%的铝，可保护合金中的钙，减少钙的损失且不降低合金的其他性能[2]。
许磊等[3]发现：在铅钙合金中，少量的锡可提高析氧电位，增强机械强度和耐腐蚀性，使合金晶粒尺寸增大；杨文兵等[4]发现：提高锡含量降低钙含量，可提高耐腐蚀性和析氢过电位；武繁华等[5]发现：少量锡可抑制铅锡合金腐蚀；郭文显等[6]发现：高钙低锡时，合金晶粒较细且析出金属间化合物，低钙高锡时，合金晶粒较粗大，变化与钙锡比值有递变规律。
Ti-Al-V系钛合金钝化行为及其影响因素的实验研究
02
材料与方法
实验材料
Ti-6Al-4V钛合金：这是一种常用的钛合金，具有优良的强度和耐蚀性，常用于航空、医疗等领域。
HNO3、HF、H2SO4等化学试剂：这些试剂用于制备钝化液和进行钝化处理。
实验方法
钝化处理
将试样浸泡在钝化液中，通过 控制时间和温度等因素来研究 钝化行为。
微观结构分析
利用XRD、SEM等手段研究 钛合金的相组成和表面形貌。
详细描述
适量添加锆、锡等元素可以细化晶粒、改善耐蚀 性，从而对ti-al-v系钛合金的钝化行为产生积极 影响。
热处理对ti-al-v系钛合金钝化行为的影响
总结词
详细描述
总结词
详细描述
热处理对ti-al-v系钛合金的钝化 行为具有重要影响。
适当的热处理可以改善ti-al-v系 钛合金的微观组织结构、提高耐 蚀性，从而对钝化行为产生积极 影响；而过度的热处理则可能导 致耐蚀性降低。
02
不同合金元素的影响
03
钝化膜层稳定性
对比不同合金元素（如Al、V、Ti等） 对Ti-Al-V系钛合金钝化行为的影响， 发现V元素对钝化效果具有重要贡献 。
通过对比不同时间间隔下Ti-Al-V系钛 合金的表面形貌和成分变化，发现钝 化膜层具有良好的稳定性和耐蚀性。
06
结论与展望
研究结论
总结词
通过本次实验研究，我们得出以下结论
Ti-Al-V系钛合金作为 一种典型的钛合金， 具有优异的综合性能 ，如高强度、良好的 低温韧性等，因此备 受关注。
然而，Ti-Al-V系钛合 金在服役过程中易发 生腐蚀，对其使用寿 命产生重要影响。
钝化是一种有效的腐 蚀防护方法，通过在 金属表面形成一层致 密的氧化膜，阻止腐 蚀介质与金属基体的 接触，从而减缓腐蚀 速率。
国内外常用钛及钛合金牌号
国内外常用钛及钛合金牌号钛及其合金是一种广泛应用的金属材料，在工业生产中具有重要的地位。
钛具有低密度、高强度、耐腐蚀等优良特性，在航空航天、汽车、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
以下是国内外常用的钛及钛合金牌号介绍。
国内常用钛及钛合金牌号：1. TA0：也称为纯钛，是最常见的钛材料。
TA0具有良好的可塑性和耐腐蚀性能，常用于航空航天、船舶、化工等领域。
2. TC4：是一种常用的α+β型钛合金，合金中含有6%的铝和4%的钛。
TC4具有优异的耐高温性和良好的机械性能，在航空航天、汽车制造等领域广泛应用。
3. TC6：是一种α+β型钛合金，合金中含有6%的铝和2%的锡。
与TC4相比，TC6具有更高的强度和较好的韧性，常用于航空航天、船舶制造等领域。
4. TC9：是一种α+β型钛合金，合金中含有3%的铝和2.5%的钒。
TC9具有较好的焊接性和塑性，广泛应用于航空航天、能源装备等领域。
5. TA15：是一种α+β型钛合金，合金中含有6%的铝和4%的铁。
TA15具有优良的耐腐蚀性和高温强度，常用于航空航天、石油化工等领域。
国外常用钛及钛合金牌号：1. Grade 2：与TA0类似，是一种纯钛材料。
Grade 2具有良好的可塑性和耐腐蚀性，在医疗领域常用于人工关节、牙科种植等应用。
2. Grade 5：与TC4相对应，也是一种α+β型钛合金，合金中含有6%的铝和4%的钒。
Grade 5具有优异的机械性能和耐腐蚀性，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
3. Grade 23：也被称为钛6-4 ELI（Extra Low Interstitial）合金，是一种医用级别的钛合金。
Grade 23具有优良的生物相容性和高强度，常用于医疗器械和人工骨骼等应用。
4. Ti-6Al-7Nb：是一种α+β型钛合金，合金中含有6%的铝和7%的铌。
Ti-6Al-7Nb具有良好的生物相容性和抗腐蚀性能，在医疗领域常用于人工关节和牙科种植等应用。
钛合金的熔点
钛合金的熔点钛合金是一种复合金，它的主要成分是钛元素，也称作钛及其合金。
由于其特殊的物理特性，钛合金已被广泛应用于航空航天、医疗器械及其他机械制造。
它的熔点是重要的物理性质之一，决定着钛合金的使用范围。
因此，对于熔点的研究和测量，对于钛合金的发展有重要意义。
在一般情况下，钛合金的熔点一般介于1600~2500摄氏度之间，具体范围取决于钛合金的化学成分。
比如，钛6铬4铝合金（Ti-6Al-4V）的熔点在1670摄氏度左右，而另一种钛合金Ti-6Al-7Nb的熔点在1750摄氏度左右。
由于熔点高，因此钛合金具有良好的热强度，在高温环境下不易变形，耐磨损能力强。
钛合金的熔点取决于其特定的成分，包括钛元素和组分元素，组分元素包括铝、铬、钛、锡、锆、钛、钼等。
由于这些合金元素的不同，可以得到不同的熔点值。
一般来说，钛钒合金的熔点要比Ti-6Al-7Nb合金要低，熔点一般在1500摄氏度左右。
此外，增加铝元素的比例也可以降低钛合金的熔点，Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金的熔点可降至1350摄氏度以下，而Ti-10V-2Fe-3Al合金的熔点则可降至900摄氏度以下。
此外，还有一些其他因素也会影响钛合金的熔点，如钛合金的添加元素成分，钛合金的质量及其合金处理等。
一般情况下，添加组分越多，钛合金熔点越低；质量越高，熔点越高；而有良好处理，熔点也会比未处理的钛合金熔点高一些。
总之，钛合金的熔点介于1600~2500摄氏度之间，具体熔点值取决于合金成分，铝元素含量越多，熔点越低；而质量越高，熔点越高。
此外，添加元素的种类及处理情况也会影响钛合金的熔点。
因此，熔点是影响钛合金物理性质的重要指标，也是钛合金应用及研究领域较重要的技术指标。
锡的介绍
锡的介绍元素序号：50元素符号：Sn元素名称：锡元素原子量：元素类型：金属发现过程：在古代，锡是人类应用于生产和生活方面最早的金属之一，是青铜合金的主要组成。
元素描述：有白锡和灰锡、脆锡三种同素异形体。
常见的是白锡。
呈银白色。
富有展性，在温度低于0℃时，可转变为粉末状的灰锡。
密度：白锡克/厘米3。
灰锡克/厘米3，脆锡~克/厘米3。
熔点：灰锡℃，白锡℃，脆锡℃。
沸点：灰锡2270℃，白锡2260℃，脆锡2260℃。
化合价是+2和+4。
电离能电子伏特。
锡与强酸和强碱都可发生反应。
在空气中可形成一层二氧化锡的保护层。
热的和浓的卤素酸均可侵蚀它。
热硫酸，尤其是在氧化剂存在的情况下，使锡溶解。
在高温下，浓硝酸对锡的侵蚀作用大。
不与氢氧化铵和碳酸钠的稀溶液发生作用。
元素来源：主要矿物是锡石，将杂质除去，放于反射炉内，用碳还原可得粗制品，再经加热重熔净化或用电解精制。
元素用途：最重要的用途是贮存食品的镀锡钢制容器。
也用来底铁和铜。
镀锡的铁片，叫做马口铁。
锡的化学品和化合物，不论是无机的还是有机的均广泛用于电镀、陶瓷和塑料工业中。
二价锡的化合物，如二氧化锡可作还原剂。
元素辅助资料：锡的熔点比铜低。
在自然界多以锡石SnO2的矿物形式存在，古代人们在矿石中取得铜差不多时期就取得了锡。
可是，锡比铜还软，而且不结实，是不宜制作物件的。
只有把锡掺在铜里，使它们成为合金——青铜，才变的坚硬起来。
假如把锡的硬度定为5，那么铜的硬度就是30，而青铜的硬度则是100-150。
（有关青铜的详细资料参见铜的辅助材料。
）锡的拉丁名STANNUM和元素符号Sn，一说来自梵文STHAS，是坚硬的意思。
另一说来自STANNINE（黄锡矿）。
锡性质一元素符号Sn，原子序数50，相对原子质量。
锡有白锡、灰锡和脆锡三种变体。
常见的白锡是银白色的金属，密度cm3，熔点℃，沸点2270℃，软而富有展性。
白锡剧冷转变为粉末状的灰锡，白锡加热到160℃以上时转变为脆锡。
钛及钛合金全解
3 钛合金－分类、牌号 按组织类型分： α（用TA表示）：全α、近α和α+化合物合金 。以铝、锡、 锆为主要合金元素，在近α型钛合金中还添加少量β稳定化元 素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 β（用TB表示）：热力学稳定型β合金、亚稳定β型合金和 近β型合金 α＋β（用TC表示）：以Ti-Al为基再加适量β稳定元素 TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al
钛及钛合金
2 纯钛
⑴密度小，比强度高：钛密度为4.51g/cm3，约为钢或镍合金的一半。比强度 高于铝合金及高合金钢。 ⑵导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。 ⑶无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体 组织及血液有很好的相容性。 ⑷抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰 减时间最长。 ⑸耐热性佳：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。 ⑹耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。 ⑺吸气性能高：钛的化学性质非常活泼，在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生 反应。 ⑻耐蚀性佳：在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附著力强、 惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀。
3 钛合金－合金化
与α和β均形成连续固 溶体相图： 锆、铪与钛同族， 有相同晶体结构和同素 异晶转变，与α-Ti及 β-Ti形成连续固溶体。
3 钛合金－合金化 与β-Ti无限互溶，与α-Ti有限溶解的相图： 钒、铌、钽、钼 都为体心立方结构，与β-Ti同晶，称为β 同晶元素。降低相变点，稳定β相。 组元达到一定浓度值后，高温β相可稳定 到室温，对应这一浓度值称为临界浓度Ck。 Ck反映合金元素稳定β相能力大小，其值越小 稳定β相能力就越大。稳定β相能力按钼、钒、 钽、铌次序递减。 加入这类元素的钛合金组织稳定性好， 不会发生共析转变或包析转变，同时能强化β 相，并保持良好的塑性。
钛及钛合金综述
百度文库- 让每个人平等地提升自我钛及钛合金综述一钛及钛合金的发展钛在化学元素周期表中属于TVB族元素，其原子其原子序数为22。
钛在地壳中的含量为％，在所有的元素中，名列第九，但在常用金属元素中仅次于铝、铁、镁，居第四位。
钛在地壳中大都以金红石（TiO2）和钛铁矿等形式存在。
由于分离提取困难，具有工业意义的金属钛直到20世纪40年代才生产出来。
钛及钛合金的密度小，抗拉强度高（可达140Kg/mm2）。
在－253～600℃范围内，它的比强度（抗拉强度/密度）在金属材料中几乎最高。
它在适当的氧化性性环境中可形成一种薄而坚固的氧化膜，具有优异的耐蚀性能。
此外，钛及钛合金还具有非磁性、线膨胀膨胀系数小等特点，这就使钛及钛合金首先成为重要的宇航结构材料，随后又推广到舰船制造、化学工业等领域，并得到了迅速的发展。
二钛及钛合金的分类及应用钛及钛合金按组织结构分为α合金、α＋β合金、β合金等三大类合金。
1 α合金α合金中有TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等8种合金。
TA1、TA2、TA3是工业纯钛。
它们是按杂质元素含量分的三个等级。
它们主要应用于要求高塑性、适当的强度、良好的耐蚀性以及可焊接性的场合。
TA1、TA2、TA3它们的冷加工性能好，可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和箔材。
板材可以进行冷冲压。
TA4是一种钛－铝二元合金。
它的抗拉强度比工业纯钛稍高，可以做中等强度范围的结构材料。
国内主要用做焊丝。
TA5是一种全α型合金。
它的抗拉强度比工业纯钛高，但塑性稍差，有良好的焊接性能及耐腐蚀性能。
这种合金在要求在退火状态下交货，可用做海水腐蚀环境下的结构材料。
目前已成功地应用于造船工业。
TA6是一种全α型的钛－铝二元系合金。
它的抗拉性能高于TA4，但是它的塑性稍差。
用它制成的板材可进行冷冲压，焊接性能良好，耐蚀性好。
它和TA5一样，也是在退火状态交货，适用于400℃以下和存在浸蚀介质的环境下工作。
合金的化学成分
合金的化学成分合金是由两种或更多种金属或非金属元素组成的材料。
它们被混合在一起，通过熔化和冷却的过程形成固态。
合金具有比纯金属更好的性能和特性，因此在各个领域得到广泛应用。
本文将介绍几种常见合金的化学成分及其特点。
1. 钢钢是一种由铁和碳组成的合金。
除了铁和碳之外，钢中还可能含有其他元素，如锰、硅、磷等。
其中，碳的含量决定了钢的硬度和韧性。
一般来说，碳含量低于0.2%的钢被称为低碳钢，0.2%-0.5%的钢被称为中碳钢，高于0.5%的钢被称为高碳钢。
不同碳含量的钢具有不同的机械性能，如强度、硬度和耐磨性等。
2. 铝合金铝合金是以铝为基础元素的合金。
它通常由铝、铜、锌、锰等元素组成。
铝合金具有良好的强度和轻质化特性，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
不同元素的加入可以改善铝合金的强度和耐腐蚀性能。
例如，铜的加入可以提高铝合金的强度，锌的加入可以提高耐腐蚀性能。
3. 铜合金铜合金是以铜为基础元素的合金。
它通常由铜、锌、锡、铝等元素组成。
铜合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，广泛应用于电子、航空航天、化工等领域。
不同元素的加入可以改变铜合金的性能。
例如，锌的加入可以提高铜合金的强度和耐腐蚀性能，锡的加入可以提高铜合金的耐磨性。
4. 镍合金镍合金是以镍为基础元素的合金。
它通常由镍、铬、铁等元素组成。
镍合金具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，广泛应用于化工、航空航天、能源等领域。
不同元素的加入可以改变镍合金的性能。
例如，铬的加入可以提高镍合金的耐腐蚀性能，铁的加入可以提高其强度和磁性能。
5. 钛合金钛合金是以钛为基础元素的合金。
它通常由钛、铝、铁、锰等元素组成。
钛合金具有良好的强度和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
不同元素的加入可以改变钛合金的性能。
例如，铝的加入可以提高钛合金的强度和耐腐蚀性能，铁的加入可以提高其热处理硬化能力。
合金是由两种或更多种金属或非金属元素组成的材料。
通过调整不同元素的含量和比例，可以获得具有不同性能和特点的合金。
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锡对钛及钛合金的影响
一、钛及钛合金中的元素组成及其作用分析
莫畏主编的的钛书籍《钛》中介绍，钛及钛合金中的化学元素根据其化学性
质和对钛及钛合金的影响程度分为杂质元素和合金元素。
（1）杂质元素：对钛及钛合金来说碳、氧、氮、氢、硅、铁是由原材料或
在加工过程中带入的元素，这些元素可使钛及钛合金的塑性降低、甚至使断裂韧
性、低温韧性、疲劳性能、耐蚀性、冷成型性和可焊性等变坏，因此在钛及钛合
金中对其规定了最高允许含量，称为杂质元素。
（2）合金元素：为了优化和改变钛及钛合金的性能，按一定含量范围加入
到钛及钛合金中的元素，称为合金元素。该些元素的添加，改善了钛及钛合金的
组织结构进而优化了其性能。根据对钛及钛合金的影响，将合金元素分为α稳定
元素、中性元素、和β稳定元素。钛合金中常用的合金元素及其强化效果见下表：
表1 钛合金中常用合金元素的强化效果
合金
元素
α稳定
元素
中性元素 β稳定元素
Al Sn Zr Mn Fe Cr Mo V Nb Si
σb/MPa 5.0 2.5 2.0 7.5 7.5 6.5 5.0 3.5 1.5 12.0
（3）钛及钛合金中，中性元素主要有锆和锡。中性元素对钛及钛合金的
组织和性能的影响：
降低（α+β）/β相变点；
减少ω相的体积分数，提高钛及钛合金的耐蚀性；
在α钛和β钛中均有较大的固溶度，能提高钛及钛合金的室温抗
拉强度、高温拉伸性能和电阻率；
（4） 中性元素在钛及钛合金中的应用
锆和锡在钛及钛合金中主要起固溶强化作用。在α钛合金中，与铝一起还
起到稳定α相的作用。 在α和（α+β）/β合金中，用来提高合金室温及高温的
抗拉强度和耐热性能。在β型合金中，作为抑制ω相的元素，可提高合金的耐
蚀性，并可以改善合金的焊接接头塑性。
（5）锡在生物医用钛合金方面的应用
东北大学理学院材料物理与化学研究所和中国科学院金属研究所沈阳材料
科学国家实验室联合发表的论文《生物医用含锡元素钛合金的研究和进展》中介
绍，在钛合金中掺杂一定量的Sn有益于医用钛合金性能的改善。(1)掺杂Sn能更
好地降低钛合金的杨氏模量，使其更接近人体骨骼的模量。(2)对Ti基多组元合
金的研究表明，合金中Cu和Ni量的减少，以及Nb和sn量的增加会使树枝状结
构的体积分数增加，从而进一步导致塑性应变量的增加，一定量的Sn分散在合
金中还不会降低Ti的溶解温度。(3)Sn具有简立方结构，可促进口相的形成，并
有利于形成纳米体微结构[3]，而且Sn还具有良好的生物相容性及组织反应的抗
腐性。(4)Neite等还发现不同金属的弹性模量不同，比如Mg、Sn、Zr及其合金
会有40GPa的低模量，且Sn不影响钛合金的热稳定性。因此，掺入一定量的Sn
是提高医用钛合金性能的一种很好的方法。
TiNbSn合金能达到很高的塑性应变量，是一种具有形状记忆功能和超弹性
的合金，日本花田修治(S Hanada)教授的研究小组研究了掺杂4％～5％(t001)Sn
的Ti-16mol％Nb合金的马氏体相变及拉伸性能。随着Sn量的增加，马氏体转变
温度迅速下降(Sn量增加1％，相应温度降低150K)，同时马氏体起始温度M及
奥氏体终止温度氏也下降。且含Sn量高，可以获得较大的超弹性应变。由于Ti、
Nb和Sn有很好的生物相容性及组织反应的抗腐性，Ti-Nb-Sn合金还可以克服TiNi
合金中由于纯金属的细胞毒素所带来的缺点。
通过上述分析，我们可以清楚地看出掺杂锡的钛合金具有更优越的综合性
能。
二、锡对钛管材性能的影响
GJB3423A-2008《航空用钛合金管材规范》中对管材的抗拉强度、延伸强度、
断后伸长率三项力学性能有一定要求，从上述锡对钛及钛合金在组织和性能影响
可看出，锡元素对钛管材来说可提高其抗拉强度，且对其延伸强度和断后伸长率
无副作用。
洛阳顺易钛业有限公司
2012年1月8日