CuSn合金经济便宜、无环境污染，具有良好的形状记忆效应和优良的导电性能，可广泛应用于电机、继电器以及电气化铁道运输接触网等领域。一般情况下，CuSn合金是一种比较耐蚀的合金。但是随着其使用范围和环境的变化，在某些情况下，CuSn合金仍然会发生腐蚀。

    目前，关于快速凝固CuSn合金的研究尚较少，且主要集中在关于其力学性能及微观结构组织方面，而关于其腐蚀行为及机理也不明确。本文利用快速凝固技术分别制备了两种不同成分的CuSn合金，研究了快速凝固（快凝）CuSn合金的相结构，电阻率及其在NaOH溶液中的耐腐蚀性能。

    试验参数一览

    1.试样制备

    采用99.99%Cu和99.99%Sn高纯金属按照化学比例配制Cu65Sn35、Cu75Sn25两种成分的合金，利用真空电弧炉熔炼制备母合金。为了保证成分均匀，对合金样品进行4～6次的翻转熔炼。取适量的CuSn合金放入石英玻璃管，在高频感应炉中进行熔化，在熔化过程中利用红外测温仪测量合金熔体的温度，并在一定温度下将熔体喷射进直径为3mm的铜模具里进行快速冷却，最终获得快速凝固CuSn合金。

    2.试验仪器

    X'Pert-Pro MRD衍射仪、普林斯顿VersaSTAT4电化学工作站。

    结果与讨论

    对Cu75Sn25及Cu65Sn35两种成分的快凝合金，分别对其组织结构及电阻率、电化学腐蚀性能进行了分析，其结果如下。

    1 相组成及微观组织、电阻率分析

    图1 快速凝固CuSn合金的X射线衍射图谱

    由图1可知，Cu75Sn25快凝合金为Cu3Sn相，而Cu65Sn35快凝合金以单斜晶系， 空间群为C2/C的Cu6Sn5相为主，含有少量的脆性Cu3Sn相。

    表1   快凝CuSn合金的电阻率

    由表1可知，两种不同成分的快凝CuSn合金的电阻率没有明显区别，均比较高。据此可以推测，两种金属间化合物的电阻率没有明显区别。

    2 电化学腐蚀性能

    快凝CuSn合金的极化曲线

    图2 快速凝固CuSn合金在NaOH介质中的动电位极化曲线

    由图2可知，两种快凝合金的极化曲线相似，阳极区出现较为明显的钝化现象，两种快凝合金的腐蚀机制相似。

    结合图2及表2可以看出，在0.1mol/L的NaOH介质中两种快凝合金均具有相对较好的耐腐蚀性能。但相比快凝合金Cu65Sn35（-387mv，2.8E-4mA/cm2），快凝合金Cu75Sn25具有较负的腐蚀电压（-427mv）及较大的腐蚀电流密度（7.9E-4mA/cm2），这表明快凝合金Cu75Sn25具有更严重的腐蚀倾向及更快的腐蚀速度。而且在相同的点位下，快凝Cu75Sn25合金始终比快凝Cu65Sn35合金的阳极溶解电流密度大。综合以上结果，可知具有金属间化合物Cu6Sn5相的快凝Cu65Sn35合金的耐腐蚀性要优于具有Cu3Sn相的快凝Cu75Sn25合金。

    表2  快冷CuSn合金的极化参数

    快凝CuSn合金的交流阻抗谱

    由表3可知，快凝合金Cu65Sn35的Rct数值明显高于快凝合金Cu75Sn25，这说明快凝合金Cu65Sn35具有比较低的腐蚀速率。这与极化曲线的结果相一致，进一步证实快凝合金Cu65Sn35的耐腐蚀性要优于快凝合金Cu75Sn25。

    （1） Cu65Sn35

    （2）Cu75Sn25

    图 3 快速凝固CuSn合金在NaOH介质中的交流阻抗谱曲线

    图4  等效模拟电路

    表 3  快冷CuSn合金的的等效电路元件参数

    结论

    两种快凝CuSn合金均形成不同的金属间化合物，Cu75Sn25快速凝固合金为Cu3Sn相，而Cu65Sn35快速凝固合金以Cu6Sn5相为主，含有少量的脆性Cu3Sn相。由于金属间化合物的形成导致传导电子的减少，两快凝合金的电阻率相差很小。在NaOH溶液中，快凝合金Cu65Sn35的耐腐蚀性明显优于快凝合金Cu75Sn25。