銦對可溶解合金溶解性能的影響

銦對可溶解合金溶解性能的影響摘要本文以鋁，其他活化元素，銦為原料，按照一定的質(zhì)量分數(shù)進行配比，利用高溫熔融工藝，得到一種既具有一定溶解能力，又具有一定力學性能的新型高強鋁合金材料。通過溶解實驗，利用溶解曲線，成功得出銦的最佳加入量，同時通過X射線衍射（XRD)分析研究了高強鋁合的溶解機理；結(jié)果表明，銦的加入量與溶解性能并不成正比，銦的加入量對鋁合金的溶解速率的影響有個臨界點，當銦的量為0.4wt%時，溶解速率達到最大，以后隨著銦的加入量的增加，溶解性能的改變并不大，而對于溶解機理，主要是因為形成了金屬件化合物。關(guān)鍵詞：可溶解合金材料，鋁合金，溶解性能，溶解機理StudyonIndiumofsolublealuminumdissolvedperformanceimpactABSTRCTAnewaluminumalloymaterialwiththepropertyofmechanicalanddissolvewasfabricatedthroughhightemperaturemeltingprocess.ThebestadditivesquantityofInwasgetthroughdissolvableexperimentanddissolvablecurve.MeanwhilethereactionmechanismofdissolvablealuminumalloymaterialwasinvestigatedbyX-raydiffractionanalysis(XRD)indetail.TheresultsuggestedthattheamountofadditiveInandthedissolvablepropertywasnotindiretratio.AstheincreaseoftheamountofIn,thedissolvableratereachedtoanlimitation.WhentheamountofInwas0.4wt%,thedissolveratereachedtothehighest.however,withtheincreaseofInabove0.4wt%,thedissolveratedidnotchangetoomuch.AlsotheformationofintermetalliccompoundsattributetothedissolvableofthealuminumalloyKEYWORDS:thedissolvablematerial,dissolveproperty,aluminumalloy,dissolvemechanism目錄TOC\h\z\t"標題1,2,標題,1,副標題,3"摘要 IABSTRCT II1文獻綜述 11.1引言 11.2鋁合金材料介紹 11.2.1鋁合金簡介 11.2.2物理特性 21.3鋁與水的反應(yīng) 21.4金屬銦 31.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 41.6可溶解鋁合金材料的制備方法 51.6.1高溫熔融法 51.7關(guān)于可降解合金溶解機理的探討 61.7.1不同合金元素溶解分析 61.7.2對于溶解機理的不同觀點 81.8本研究的目標，內(nèi)容及意義 101.8.1研究目標 101.8.2研究內(nèi)容 101.8.3研究意義 112.1主要原料和設(shè)備 122.1.1主要原料 122.1.2主要實驗設(shè)備 122.2試驗配方選定與理論依據(jù) 132.2.1配方設(shè)計 132.2.2理論依據(jù) 132.3實驗過程 142.3.1總體工藝過程 142.3.2前期實驗過程 142.3.3金屬銦含量對材料性能影響的實驗過程 153結(jié)果與討論 163.1金屬元素銦對可溶解鋁合金性能的影響 163.1.1不同溫度下金屬元素銦對溶解性能的影響 163.1.2化學熱力學分析 183.2.2XRD測試結(jié)果與分析 194結(jié)論 20致謝 21參考文獻 221文獻綜述1.1引言材料，能源，信息作為21世紀的三大支柱，它們的作用往往相輔相成。在石油工業(yè)中，為了測量地下油、氣分布情況，在鉆探，試驗和完井期間，在井身下（井下）對多個關(guān)鍵應(yīng)用采用了大量不同的工具，不同性能的材料。許多情況表明，其中可溶解材料（可以隨著時間的推移降解的材料)不論是從技術(shù)上以及經(jīng)濟上是滿足的要求的；有的材料在完成其使命后，需要就地降解以節(jié)省人力，成本，時間，人力故而這些材料可以方便地由可溶解材料材料制成。如果所述構(gòu)件被設(shè)計（配制）為在其已經(jīng)完成其效用后可在不同的井筒環(huán)境下降解，那么可以節(jié)約時間和資金。對于可降解材料的工業(yè)應(yīng)用以及油田應(yīng)用，主要需要預(yù)先考慮的因素就是其可制造性。與其中許多可以在井身環(huán)境下降解的塑料和聚合物相反，金屬材料（如，合金）具有典型的更高的機械強度，而該機械強度對于生產(chǎn)油田構(gòu)件來說是必須的，其中該油田構(gòu)件可能要承受在井下存在的高壓和高溫。由于可溶解金屬材料對于各種油田操作是有用的，因此非常期望的是制造由這些可溶解材料制成的油田產(chǎn)品的方法[1]。這種鋁的可溶解合金是機械堅固，抗沖擊的，同時在不同情況下如當存在水時是可降解的。例如，可溶解鋁合金中的一些可以在完全鹵水、不管pH值是多少的地層水中在極端情況下數(shù)分鐘內(nèi)溶解，在稀酸、堿、和烴水混合物中也會發(fā)生同樣的情況。因此，這些可溶解合金可以用來生產(chǎn)被設(shè)計為執(zhí)行臨時功能的油田構(gòu)件。在完成其功能后，所述油田產(chǎn)品可以在井身環(huán)境中溶解，因而消除了將其取回的需要[1]。因次上述這種可溶解材料可以得到可觀的成本優(yōu)勢。1.2鋁合金材料介紹鋁合金通常使用銅、鋅、錳、硅、Z等合金元素，20世紀初由德國人發(fā)明，對飛機發(fā)展幫助極大，。跟普通的碳鋼相比有更輕及耐腐蝕的性能，但抗腐蝕性不如純鋁。在干凈、干燥的環(huán)境下鋁合金的表面會形成保護的氧化層。1.2.1鋁合金簡介造成電偶腐蝕加速的情況有：鋁合金與不銹鋼接觸的情況、其他金屬的腐蝕電位比鋁合金低或是在潮濕的環(huán)境下。如果鋁和不銹鋼要一同使用必須在有water-containingsystems或是戶外安裝兩金屬間電子或電解隔離。鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶鋁合金。純鋁的密度小（ρ=2.7g/cm3），大約是鐵的1/3，熔點低（660℃），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各種型材、板材?？垢g性能好；但是純鋁的強度很低，退火狀態(tài)σb值約為8kgf/mm2，故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點的同時還能具有較高的強度，σb值分別可達24-60kgf/mm2。這樣使得其“比強度”（強度與比重的比值σb/ρ）勝過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。1.2.2物理特性物質(zhì)特性鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類：變形鋁合金能承受壓力加工?？杉庸こ筛鞣N形態(tài)、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、建筑用門窗等。形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能，只能通過冷加工變形來實現(xiàn)強化，它主要包括高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等。可熱處理強化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能，它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁硅合金，鋁銅合金，鋁Z合金，鋁鋅合金和鋁稀土合金，其中鋁硅合金又有過共晶硅鋁合金，共晶硅鋁合金，單共晶硅鋁合金，鑄造鋁合金在鑄態(tài)下使用。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。1.3鋁與水的反應(yīng)鋁與水可能發(fā)生的反應(yīng)如下：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2（1-1）2Al+4H2O=2AlO(OH)+3H2（1-2）2Al+3H2O=2Al2O3+3H2（1-3）第一個反應(yīng)形成拜耳石體的氫氧化鋁和氫氣，第二個反應(yīng)形成勃姆石和氫氣，第三個反應(yīng)則形成氧化鋁和氫氣。從室溫到鋁的熔點（660℃），所有的反應(yīng)都是高放熱的且熱力學有利的。從室溫到280℃，Al(OH)3是最穩(wěn)定的產(chǎn)物，從280℃到480℃，AlO(OH)是最穩(wěn)定的產(chǎn)物。在480℃以上，Al2O3是最穩(wěn)定的產(chǎn)物[2]。表1-1可知，熱力學反應(yīng)參數(shù)ΔG＜0，表明鋁與水反應(yīng)可以自發(fā)地進行。然而，雖然鋁與水反應(yīng)在熱力學上是有利的，但實際上在室溫甚至是沸水中，鋁通常很難與水發(fā)生反應(yīng)，因為鋁表面的氧化層阻止了反應(yīng)的發(fā)生[2]。1-1鋁與水反應(yīng)熱力學參數(shù)[2]2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2T(℃)△H（KJ/molH2）△S(J/K)△G(KJ/molH2)0-27726.2-284100-2843.29-285200-291-12.1-285金屬鋁反應(yīng)時表面易形成惰性氧化膜，阻礙反應(yīng)進行。要使鋁持續(xù)與水反應(yīng)，直至反應(yīng)完全，也就是要鋁被消耗完全，就要消除惰性氧化膜，目前主要有3種思路，第一種就是將鋁與堿性的溶液如NaOH、KOH、NaAlO2、Na2YO3等溶液反應(yīng)。但是這些溶液腐蝕性太強，加之反應(yīng)放熱，對容器或設(shè)備的腐蝕非常嚴重。第二種辦法就是用機械力除去氧化膜，使鋁與水的反應(yīng)能持續(xù)進行。UEHARA等研究了在水中切割鋁及鋁合金來制氫的可能性，他們發(fā)現(xiàn)，在水中對鋁及鋁合金切割或鉆孔時，不斷有氫氣產(chǎn)生，一旦切割或鉆孔停止，則不再產(chǎn)生氫氣，這說明新鮮的鋁表面能夠與水反應(yīng)制氫，但是也很容易生成致密的鈍化膜。更多的研究者則采用機械球磨的辦法，即在機械球磨時加入氧化物陶瓷或水溶性鹽作為研磨劑和保護膜，因為研磨不但會增大顆粒的比表面積，露出新鮮表面，而且能夠產(chǎn)生各種缺陷(位錯、空位和晶界等)，增加鋁的反應(yīng)活性；ASOK等將Al2O3或Al(OH)3作為添加劑與金屬鋁混合球磨制備成金屬陶瓷，再與水反應(yīng)制取氫氣。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋁與水反應(yīng)的活性得到了提高，但是其最終制氫產(chǎn)率不夠高，當添加劑達到90%時，每克鋁才產(chǎn)生870mL氫氣；CZECH等研究了添加NaCl和KCl球磨對鋁粉制氫性能的影響，他們發(fā)現(xiàn)，分別添加50%(質(zhì)量分數(shù))的KCl和50%NaCl后，在120min內(nèi)鋁粉的制氫轉(zhuǎn)化率分別達81%和71%；ALINEJAD等以NaCl為研磨劑在行星磨中球磨鋁粉，然后研究了其制氫性能，在鹽和鋁摩爾比為1：5的條件下球磨20h，該混合物粉末與水反應(yīng)40min后鋁的轉(zhuǎn)化率達到100%。但是此混合物中鋁的含量僅為23.5%，因此，單位質(zhì)量產(chǎn)氫率也只有純鋁的23.5%。總之，這種辦法需要加入較高含量的氧化物或水溶性鹽，導(dǎo)致最終單位質(zhì)量產(chǎn)氫率降低。第三種辦法就是向鋁中加入一種或幾種低熔點金屬與鋁形成合金，提高鋁的反應(yīng)活性。向基體金屬鋁中添加必要的合金元素，改變鋁的表面狀態(tài)，促進表面活化，這些添加的元素通常叫做活化元素[3]。目前常用的活化合金元素主要有鋰、X、銦、Y、鉍、鋅、鎘、汞等[4,5]。目前對于本論文來說，第三種方法是十分可行的。1.4金屬銦銦是一種化學元素，它的化學符號是In，它的原子序數(shù)是49，是一種柔軟的銀灰色金屬，帶有光澤。銦-115是最常見的銦同位素，帶有微弱的放射性。銦可用作低熔點合金、半導(dǎo)體、整流器、熱敏電阻等。含24%銦及76%X的合金，在室溫下是液體。中國擁有世界上最大的銦儲量，也是全球最大的銦生產(chǎn)國和出口國，產(chǎn)量占世界銦總產(chǎn)量的30％以上。2006年，中國精銦產(chǎn)量近6噸，原生銦供應(yīng)量占全球的60％以上。日本是世界上最大的銦消費國，每年銦需求量占世界銦年產(chǎn)量的70%以上，絕大部分從中國進口。其一：銦金屬顯銀白略帶淡藍色，光澤亮麗，在彎曲時會發(fā)出鳴音。其與銅銀金的合金制作假牙。熔點156.61°C，沸點2080°C，密度7.3克/厘米³；；延展性好，比鉛還軟。其二：銦具有熔點低（156.61°C），沸點高（2080°C），傳導(dǎo)性好，延展性好，比鉛還軟，能用指甲刻痕；可塑性強，可壓成極薄的金屬片。其氧化物能形成透明的導(dǎo)電膜等特性，近年在銦Y氧化物（ITO）、半導(dǎo)體、低熔點合金等方面得到廣泛應(yīng)用。特別是由于銦Y氧化物（ITO）具有可見光透過率95%以上、紫外線吸收率≥70%、對微波衰減率≥85%、導(dǎo)電和加工性能良好、膜層既耐磨又耐化學腐蝕等優(yōu)點，作為透明導(dǎo)電膜已獲得廣泛應(yīng)用。隨著IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，用于筆記本電腦、電視和手機等各種新型液晶顯示器（LCD）以及接觸式屏幕、建筑用玻璃等方面，作為透明電極涂層的ITO靶材（約占銦用量的70%）用量的急劇增長，使銦的需求正以年均30%以上的增長率遞增。世界市場上平面顯示器的快速增長成為全世界銦的生產(chǎn)的最主要的最終用戶，包括平面電視、臺式計算機顯示器、可上網(wǎng)的筆記本電腦、手機等主要的平面顯示器的快速發(fā)展和應(yīng)用，使得國際市場對銦的需求急劇增長，而且目前還沒有新的用于替代ITO的材料研究出來。其三、從常溫到熔點之間，銦與空氣中的氧作用緩慢，表面形成極薄的氧化膜，溫度更高時，與氧、鹵素、硫、硒、碲、磷作用。銦在空氣中的氧化作用很慢；大塊金屬銦不與沸水和堿反應(yīng)，但粉末狀的銦可與水作用，生成氫氧化銦。銦與冷的稀酸作用緩慢，易溶于濃熱的無機酸和乙酸、草酸。銦可作為包復(fù)層或與其它金屬制成合金，以增強發(fā)動機軸承耐腐蝕性；銦有優(yōu)良的反射性，可用來制造反射鏡；銀鉛銦合金可作高速航空發(fā)動機的軸承材料。易熔的伍德合金中每加1%銦，可降低熔點1.45℃。銦化合物半導(dǎo)體有銻化銦（通迅激光光源、太陽能電池），磷化銦和銻化銦（紅外檢測、光磁器件、太陽能轉(zhuǎn)換器等）。同時，銦作為與鋁，X同一主族元素，其有很多相似的性質(zhì)，但X與銦比鋁更加活潑。1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，最近，各種的可降解金屬材料已經(jīng)由同樣的發(fā)明者（Marya等人）公開。例如，Marya等人的US2007/0181224公開了一種組合物，該組合物包括占主要比例的一種或多種活性金屬，以及占少量比例的一種或多種合金化產(chǎn)物。該組合物的特征在于其具有高強度，在特定的條件下可控制其活性和可降解，該組合物包含元素周期表第Ⅰ和Ⅱ族中的金屬及合金化產(chǎn)物，例如，X（X）、銦（In）、鋅（Zn）、鉍(Bi)和鋁(Al)。由這些組合物制成的油田產(chǎn)品可以用來暫時性地將流體從多個區(qū)域中分離開。在完成它們預(yù)訂的功能后，該油田產(chǎn)品可以完全降解，或可以被強制下降或者相反地漂浮至新的不會妨礙操作的位置。類似地，US2008/0105438公開了高強度的，可控制活性以及可降解材料的使用，其特別用于制造油田造斜器和致偏器。US2008/0149345公開了一種可降解材料，其特征在于智能降解，并大量用于井下構(gòu)件。該智能可降解材料的符合材料可以包括鈣、Z或鋁的合金，或者這些材料與非金屬材料的復(fù)合材料，該智能可降解材料在流體如水中的降解可以導(dǎo)致至少一個響應(yīng)，該響應(yīng)接下來又會觸發(fā)其他響應(yīng)，例如，打開或關(guān)閉設(shè)備，或者感應(yīng)到特殊水基流體的存在（例如，地層水）[1]。美國新罕布什爾的TAFAInc.公司研制成一種奇異的鋁合金。這種合金具有一般金屬的特性，如有金屬光澤、能導(dǎo)電、溶點高及能機加工等，但它能溶解于水。該公司董事長認為，這種鋁合金材料可用來封裝有機化合物，還可在無水化學處理方面作水警探測器及作柴油發(fā)動機內(nèi)燃料發(fā)送系統(tǒng)的傳感器等。其溶解機理據(jù)信是一種原電池氧化作用，放出氣體并沉淀出黑色氧化物細粉。在國內(nèi)，關(guān)于這類可溶解材料的研究很少。1.6可溶解鋁合金材料的制備方法1.6.1高溫熔融法將純鋁或者鋁合金使用電爐融化成熔體，然后將各種合金元素加入熔體中，充分攪拌，使之完成溶解，均化，從而得到具有宏觀均勻的化學組成的熔體，然后將該均勻的熔體倒入鑄模（模具）中，冷卻成型。1.6.2粉末冶金法粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。將金屬和合金的微小固體和或粉末在壓力下壓實，從而形成具有最終或近似最終尺寸的固體材料和產(chǎn)品。就定義而言，粉末是固體，所以某些低溫合金（如，在環(huán)境溫度下X為液體）不存在可獲取的粉末。因此本次課題使用的是高溫熔融法。1.7關(guān)于可降解合金溶解機理的探討1.7.1不同合金元素溶解分析（1）二元鋁合金二元鋁合金包括鋁-X，鋁-銦，鋁-Y合金，合金元素的加入量分別為3wt.%，5wt.%，7wt.%，10wt.%。這些鋁合金相應(yīng)的水解性能可以在室溫下的自來水中得到檢測。在這個實驗中沒有收集到氫氣，這也表明在實驗中在溫和的條件下單獨的X，銦，Y合金元素并不可以使鋁活化產(chǎn)生氫氣。（2）三元鋁合金為了更進一步的使鋁活化，制造出三元鋁合金。對于鋁-X-Y合金和二元鋁合金類似沒有氫氣產(chǎn)生。鋁-X-銦合金的最佳氫氣生成量與X和銦的含量有關(guān)。鋁-3%X-3%銦合金的氫氣生成量最大。而且水解作用也更好。隨著銦含量的增加，氫氣的生成量也增加，對于所有的鋁-X-銦合金反應(yīng)在15分鐘左右停止。鋁-銦-Y合金與自來水反應(yīng)的氫氣生成量Y的含量是3wt.%-10wt.%當Y的含量增加到7wt.%時氫氣的產(chǎn)量較大，而Y的含量到10wt.%時氫氣的產(chǎn)量有微小的降低。與鋁-X-銦三元合金相比所有的鋁-銦-Y合金具有更高的氫氣生成量。另一方面，鋁-銦-Y合金具有更高的水解生成速率反應(yīng)在5分鐘左右停止。鋁-3%X3%銦以及鋁-3%銦-3%Y的氫氣生成速率。鋁-3%銦-3%Y的氫氣生成速率最高可達180ml/gmin，而鋁-3%銦-3%Y合金卻只有25ml/gmin。三元合金水解作用的結(jié)果顯示不同合金元素相互作用使鋁活化，另一方面合金合金元素的結(jié)合對最終水解作用的結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。所有的試樣中都有鋁晶相，在鋁合金模型中并沒有X相。當相X中加入銦和Y時可能有助于低熔點X（29.8℃）和它的低共熔合金（低于12℃）在機械合金化過程中，X和它的低熔點合金以液體狀態(tài)存在很容易附著在球和碾磨體的表面產(chǎn)生損失。此外，部分X可能與鋁形成固溶體。因此在實驗中X的量很少時并沒有與X或其合金有關(guān)的衍射峰。甚至在其他的文獻中當X的含量大于5%時可以觀察到相似的現(xiàn)象。然而卻可以看到銦，Y相的衍射峰。對于鋁-3%銦-3%Y合金，可以發(fā)現(xiàn)In3Y和InY4兩種金屬間化合物，與圖2中水解作用結(jié)果相結(jié)合，鋁-銦-Y三元合金與水的較高活性歸于不同的相組成。（3）四元鋁合金正如上面所提到的溫和條件下氫氣的生成量依然很低。總的氫氣轉(zhuǎn)化效率低于理論值的20%。因此，有必要進一步優(yōu)化鋁合金的組成。對于不同組成的四元合金，不同四元合金的氫氣生成量，生成速率，轉(zhuǎn)化效率。鋁-3%X-3%銦-3%Y的氫氣生成量最多，氫氣生成速率高達1080ml/gmin并且氫氣轉(zhuǎn)化速率接近100%。當Y的量增加至10%時，氫氣的生成量和生成速率都有明顯的降低，氫氣的轉(zhuǎn)化效率也降至68%鋁-3%X-3%銦-3%Y合金的氫氣生成量和轉(zhuǎn)化效率都比鋁-3%X-3%銦-5%Y低，但比鋁-3%X-3%銦-7%Y和鋁-3%X-3%銦-10%Y高，但它的氫氣生成速率卻比鋁-3%X-3%銦-7%Y低。所有的試樣都包含有鋁晶相以及In3Y和InY4金屬間化合物，這與鋁-銦-Y三元合金相組成相似。隨著Y含量的增加從In3Y到InY4相對強度比降低。對于鋁-3%X-3%銦-5%Y四元合金與水在不同的反應(yīng)時間包括5分鐘，6小時，12小時，24小時的主產(chǎn)物包括AlO(OH)。它的晶相很少，造成衍射峰的寬化。因此這些產(chǎn)品的XRD模型并不足夠清晰，然而，在反應(yīng)的過程中In3Y和InY4尖化的衍射峰依然存在于試樣中。對于所有的試樣，并沒有觀察到鋁的峰，表明這些合金與水反應(yīng)具有100%的氫氣轉(zhuǎn)化效率。XRD的結(jié)果顯示反應(yīng)時間對最終產(chǎn)物的物相組成沒有影響。為了進一步研究鋁-3%X-3%銦-5%Y四元合金的水解性能，運用不同的水，包括城市污水，自來水，蒸餾水，以及去離子水。鋁合金與不同水反應(yīng)的氫氣生產(chǎn)量和生產(chǎn)速率見圖7.從圖中7a可以看出，在城市污水中的最終氫氣生產(chǎn)量與在自來水中的相似，但比蒸餾水和去離子水高。如圖7b在蒸餾水和去離子水中的氫氣生成率可達1560ml/gmin比在城市污水中540ml/gmin高可以得出結(jié)論，在城市污水中的反應(yīng)時間比在蒸餾水和自來水中的長。也表明水的類型可以作為活化鋁合金的反應(yīng)控制因素。鋁-3%X-3%銦-5%Y四元合金與自來水水解反應(yīng)的水溫，可以看出在2分鐘內(nèi)水溫從25℃增加至44℃而后緩慢的降低。由于鋁合金的水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著水解作用的進行水溫升高。相比，可以看出水解反應(yīng)一結(jié)束，水溫就開始下降。鋁-3%X-3%銦，鋁-3%X-3%銦-5%Y(f-h)的掃描電鏡圖片，可以看出純鋁呈現(xiàn)出不同的形狀，并且鋁的表面缺陷很少。經(jīng)機械合金法得到的鋁-X-銦合金可以看到較多的凹點和形變。大量報道表明X像汞一樣在鋁的表面形成液態(tài)的金屬薄層。根據(jù)Rebinder效應(yīng)，在機械球磨的過程中，液態(tài)的金屬薄膜將滲透入鋁和鉛使其脆化。結(jié)果產(chǎn)生了很多缺陷并且純鋁的表面消失了。液態(tài)的金屬薄層覆蓋在純鋁的表面阻止其表面的氧化。鈍化的鋁也因此活化并且很容易與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣通常，活化鋁中含有液態(tài)含X的低共熔合金，諸如X-銦，X-銦-Y-鋅，相對于純X活化它們與水反應(yīng)具有較高的活性。在實驗中，三元鋁合金系統(tǒng)比二元鋁合金系統(tǒng)具有較高的活性。然而，對于鋁-X-Y，鋁-X-銦，鋁-銦-Y三元合金系統(tǒng)具有不同的活性，可以發(fā)現(xiàn)它們的相組成不同，這也對它們的最終活性產(chǎn)生影響。對于鋁-X-銦-Y合金，有很多的缺陷和微粒。因此，在鋁的表面依然有很多第二相存在。EDS圖像是為了測量第二相組成的分部。結(jié)合XRD的結(jié)果，這些類似分布的第二相可能包含有X-銦-Y低共熔合金，In3Y，InY4。有人提出這些分散的第二相通過保護純鋁的表面避免氧化而成為生成氫氣的活化點?；罨c越多鋁合金的活性將越強。根據(jù)不同的Y的加入量得到氫氣生成量和生成速率的結(jié)果，可以得出最佳Y加入量將有助于耕多活化點的形成。隨著Y含量的進一步升高，活化相將合并，進而活化點的數(shù)量將減少，因而降低鋁合金的活性。與二元合金系統(tǒng)和三元合金系統(tǒng)相比，不論是X-銦-Y低共熔合金導(dǎo)致的鋁的脆性還是金屬間化合物In3Y，InY4形成的活化點都出現(xiàn)在鋁-X-銦-Y四元合金中。因此吻合條件下四元合金具有最高的氫氣生成量和生成速率。在這個實驗中通過機械合金化的方法用X，銦，Y合金元素可以得到不同的鋁合金。研究了活化鋁與水在室溫下反應(yīng)的氫氣產(chǎn)生性能。可以得出，火化鋁最終產(chǎn)生的氫氣取決于合金元素的種類，加入的數(shù)量以及組成。當合金元素的量少于10%時，鋁-X，鋁-銦，鋁-Y，鋁-X-Y合金在室溫下與自來水反應(yīng)并沒有氫氣產(chǎn)生。鋁-銦-Y合金比鋁-X-銦合金活性更高。與三元活化鋁系統(tǒng)相比，鋁-X-銦-Y四元合金的活性得到很大提高。鋁-X-銦-Y四元合金的氫氣生成量，生成速率，轉(zhuǎn)化率與Y的量有關(guān)。鋁-3%X-3%銦-5%Y的氫氣生成量和轉(zhuǎn)化效率最高。當Y的量增加至10%時，氫氣生成量，生成速率，轉(zhuǎn)化效率有明顯的降低。水的類型包括生活污水，自來水，蒸餾水，去離子水可以作為活化鋁合金反應(yīng)的控制因素?？梢缘贸?，高活性的鋁-X-銦-Y合金與X-銦-Y低共熔合金導(dǎo)致的鋁的脆性以及金屬間化合物In3Y，InY4形成的活化點有關(guān)，它們可以保護純鋁表面以免其氧化。對于這類材料的溶解性能的機理在此只是進行初步的探討，當金屬X的含量為2wt%時，將金屬Y的含量從2wt%升至3wt%，以及4wt%，發(fā)現(xiàn)這三種材料的溶解速度基本相同，沒有太大變化；而當金屬Y含量為2wt%時，金屬X含量為2wt%時，溶解反應(yīng)基本不進行，但當金屬X含量逐步提高時，溶解反應(yīng)才慢慢開始持續(xù)性進行，直至速度較快，從上述兩組實驗可以看出，并非金屬X和金屬Y只要加入，就可以對鋁起活化作用，而是必須達到一定的數(shù)值后，活化反應(yīng)才會持續(xù)性進行下去，更進一步的結(jié)論是在溶解反應(yīng)中，金屬X以及金屬Y之間也起著一定的相互作用，但目前還未進行深入的探究。在進行溶解實驗時發(fā)現(xiàn)，當同一種成分的材料在不同量程的燒杯中進行實驗，發(fā)現(xiàn)其溶解所需的時間不盡相同，500ml和1000ml的燒杯中，得到了不同的數(shù)據(jù)。初步分析得到，當燒杯中水較少時，其水中的XY離子的濃度不同，而濃度大一些的水環(huán)境中溶解速度較快[6]。1.7.2對于溶解機理的不同觀點隨著鋁合金的研制開發(fā)，世界各國專家學者對鋁及鋁合金的反應(yīng)機理，合金中各種元素的作用做了大量研究工作。1980年，WERNER發(fā)現(xiàn)不論是在溶液中加入In的鹽還是直接從鋁合金上溶解下來的In都能大大改善鋁合金的電化學性能[7]。1983年，A.R.Despic提出了鋁陽極活化機理“場逆”或“場促進模型”理論的觀點。該理論認為，鋁的溶解應(yīng)在含陽離子特定吸附，結(jié)合特定的對合金組元及流過它的離子通量敏感的氧化膜結(jié)構(gòu)的“場逆”或“場促進模型”中找到答案。在鋁的可逆電勢下，忽略表面電勢、在內(nèi)部電勢差沒有吸附時，有-1V的量級，場的方向是從溶液指向金屬，金屬應(yīng)帶相當?shù)呢撾姾?；而離子在氧化物中的遷移(陽極溶解的前提)，在此情況下是“逆場”發(fā)生的，即正的鋁離子從負的金屬遷移到正的溶液，而負氧化物離子從正的溶液遷移到負的金屬。這種庫侖排斥力當然會阻止遷移的進行。只有當電極的電勢漂移到相對零電荷電位呈正值時，才發(fā)生陽極溶解，結(jié)果場被逆轉(zhuǎn)。該理論把活化溶解歸結(jié)為陽離子的特殊吸附，但這只是理論上的假設(shè)[7]。1984年，M.C.REBOUL[8]等提出了含I、Hg、Zn的鋁陽極的活化機理，即著名的溶解—再沉積機理，該理論得到了廣泛的驗證，并成為很多鋁陽極的活化機理的基礎(chǔ)。其機理認為:合金元素在A1陽極中以兩種形態(tài)存在，一是與A1形成固溶體，另一種是以偏析相的形態(tài)存在。其認為In、Hg等元素相對于A1來說是陰極性的，故偏析相被A1的晶界所保護，當陽極溶解的時候它們并不溶解。因此，它們并不對A1陽極起活化作用。起活化作用的是A1合金中的添加元素的固溶體成分。其活化機理可解釋為：相對于A1為陰極的陽離子和A1發(fā)生電化學交換反應(yīng)而沉積到A1表面，這個交換反應(yīng)局部分離A1上的氧化膜，從而使A1的電位向很負的方向移動。因此對A1陽極，其活化機理可分為三步：(1)Al(M)→xAl3++Mn++ye-，氧化電對使A1陽極溶解，同時使和A1形成固溶體的合金元素也被氧化，在電解液中形成金屬離子；(2)Mn++Al→Al3++M，陰極性的陽離子(第一步產(chǎn)生的)由電化學置換反應(yīng)重新沉積到A1的表面；(3)Al的氧化膜局部分離，這和第二步幾乎同時發(fā)生，氧化膜的分離使A1陽極的電位向純鋁的方向移動，從而使A1陽極活化；該理論還提出該機理是一個自身催化機理，因為A1的活化是由陽極溶解產(chǎn)生的陽離子來實現(xiàn)的。關(guān)于鋁合金中金屬X的作用，TUCK[9]等研究了Al—X合金的陽極行為提出鋁合金電極在堿性溶液中陽極溶解時遵循“溶解—再沉積”機理，認為Al-X合金溶解下來的少量XO33-在表面的沉積形成了削弱氧化膜的作用，形成活性點。隨著X的堆積，氧化膜最終被穿透，基體Al溶解從這一觀點出發(fā)，容易理解液態(tài)金屬X的活化作用：Al表面的液態(tài)金屬(Hg或X)由于其良好的流動性，以單個或多個原子態(tài)，進入氧化膜的缺陷或縫隙處，與Al形成合金，類似于汞與金屬生成汞齊的作用，從而分離氧化膜，加速Al溶解。因此沉積有低熔點單質(zhì)金屬X的部位成為鋁首先活化溶解的活性點。溫度越高，金屬X的流動性越大，越容易進入氧化膜，對鋁陽極活化的作用越強。而李振亞指出Al-X-Y合金溶解時X、Y的離子進入溶液，首先Y沉積回鋁電極表面，而X又沉積在Y表面上[10]，形成X-Y合金。從X-Y體系相圖[12]可以看出，X-Y合金的最低熔點為15℃左右，比金屬X的熔點還低。因此X-Y合金在鋁表面在常溫下往往是液態(tài)，具有更好的流動性?？梢酝茢?，X-Y合金分離氧化膜、使鋁電極活化的作用比單獨的X或Y都要強，使Al-X-Y合金活化的最低溫度比Al-X、Al-Y合金明顯降低[13]。接著李振亞指出并不象Tuck所認為的那樣，只有沉積金屬是液態(tài)時才能使Al活化，鋁合金是否能活化受到不只一個因素的影響：雖然Al表面沉積有熔點低、流動性好的金屬或合金可促進鋁陽極的活化，但合金元素能否在Al表面沉積形成活性點，以及活性點的多少，是導(dǎo)致鋁陽極活化的決定因素[12]。李據(jù)此推斷：Al-Y-X合金之所以具有很高的活性，是因為（a）Y離子易沉積于鋁表面，使得X易于在Y表面沉積，形成活性點（b）溶解在溶液中的X、Y離子在鋁表面沉積能形成低熔點(具有良好的流動性)的X-Y合金，它嵌入且分離氧化膜，使得基體鋁溶解[12]。鋁合金陽極的活化機理可以解釋為：低熔點的合金元素在鋁表面沉積，由于其良好的流動性，以單個或多個原子狀態(tài)嵌入鋁表面的氧化膜的缺陷或縫隙處，產(chǎn)生類似汞與金屬生成汞齊的作用，局部分離和減弱氧化膜，因此在堆積有合金元素的單質(zhì)金屬或合金的鋁氧化膜的缺陷或縫隙處成為鋁活化的活性點，當活性點的數(shù)量超過一定臨界時，Al大量溶解，表現(xiàn)為鋁被活化；而活性點的數(shù)量以及沉積于活性點的單質(zhì)金屬或合金的流動性是鋁陽極活化的關(guān)鍵；活性點越多，沉積金屬的流動性越強(即金屬的熔點越低)，即活性點的活性越高，鋁越容易被活化[12]。根據(jù)以上的文獻記載對于鋁合金中金屬X與金屬Y的活化機理，可以初步得出當該材料開始溶解之時，就有一部分的金屬X金屬Y溶解進入水中，通過溶解一再沉積過程，開始活化鋁基體，其中金屬X金屬Y在基體鋁表面形成活化點，活化點的多少決定了溶解反應(yīng)進行的程度，當金屬X和金屬Y其中一個的含量低于下限值時，活化點數(shù)量變少，溶解反應(yīng)就會變的緩慢；而當金屬X和金屬Y含量大于下限值時，水環(huán)境中的XY離子濃度增大，即活化點數(shù)量增多，溶解反應(yīng)速度提高。金屬X金屬Y之間的相互作用即為該鋁合金材料溶解的真正內(nèi)因，根據(jù)文獻記載和實驗數(shù)據(jù)大致初步推測鋁合金的溶解機理如上所述，但因未進行進一步的測試，所以該材料具體的溶解機理還有待更深入地探究。1.8本研究的目標，內(nèi)容及意義1.8.1研究目標本研究的主要目標：（a）制備合成不同配比的合金材料；（b）掌握不同配方合金材料的性能并初步探究其機理；（c）分析不同配方合金材料，其組成與性能之間的關(guān)系。1.8.2研究內(nèi)容本研究的主要內(nèi)容：（a）前期對于鋁中添加的各種合金元素，進行不同配比的實驗，大致掌握每種元素在該可溶解材料中的作用，并以此確定一個最優(yōu)基礎(chǔ)配方；（b）在（a）的最優(yōu)配方的基礎(chǔ)下，單獨改變X和Y的含量，測試不同XY含量對該材料的溶解性能和力學性能的影響；（c）通過對不同X和Y含量的材料進行分析，說明其組成與其性能之間的關(guān)系；（d）通過溶解實驗過程，初步探究該材料的溶解機理。1.8.3研究意義在測量地下油、氣分布情況時，經(jīng)常需要使用諸多不同工具進行鉆探，并且有些構(gòu)件在其完成任務(wù)后需要就地降解，無需回收。近年來，一類可溶解鋁合金在這方面的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。與可降解塑料和其它聚合物相比，可溶解鋁合金材料具有更高的機械強度，對生產(chǎn)油田需要的高壓、高溫要求相適應(yīng)，其在地下復(fù)雜情況下，即可以在一定時間內(nèi)承受高溫高壓環(huán)境，又可以在其完成任務(wù)后就地降解，無需回收，這樣就可以大大節(jié)約人力，物力和財力，極大的提高了油氣田的開采效率。但是近幾年中，這類可降解金屬材料大部分都為國外研究者開發(fā)并申請專利，在國內(nèi)關(guān)于這類材料的研究較少，所以本課題研究開發(fā)的這類可溶解鋁合金材料，如果可以在成功合成制備出符合性能要求的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，更進一步達到對于其性能的穩(wěn)定控制的話，那么對于該材料的研究及應(yīng)用前景將是極為廣闊的。

2實驗2.1主要原料和設(shè)備2.1.1主要原料實驗中所用原料的特征見表2-1。表2-1實驗用原料表征原料純度（%）生產(chǎn)廠家Al工業(yè)純X99.99上海X業(yè)新材料科技有限公司Y99.9西安延河化工廠Z工業(yè)純銦99.992.1.2主要實驗設(shè)備（1）HYLZ-鋁甑低溫干餾爐生產(chǎn)廠家：咸陽惠遠自動化設(shè)備有限公司技術(shù)參數(shù)：爐膛有效尺寸：直徑100mm，高180mm工作溫度：510℃（連續(xù)工作）最高溫度：850℃（≤1小時）加熱元件：高溫電阻絲控溫方式：30段可編程控制（518P）最快升溫速率：10℃/min熱電偶類型：K型恒溫精度：±1℃爐門結(jié)構(gòu)：翻開式工作電源：220V/50Hz額定功率：4.5KW外形尺寸：寬366*深315*高570重量：35KG（2）電熱恒溫水浴鍋生產(chǎn)廠家：北京市醫(yī)療設(shè)備廠型號：GSY電源電壓：220V功率：150W±10%溫度范圍：37-100℃溫波：1℃（3）水壓打壓裝置最大打壓壓力：100MPa（4）電子天平生產(chǎn)廠家：余姚市金諾天平儀器有限公司型號：TD最大量程：1000g準確度等級：Ⅲ2.2試驗配方選定與理論依據(jù)2.2.1配方設(shè)計配方組成見表2-2，以金屬鋁為基體添加其他活化元素和銦，調(diào)整3者之間關(guān)系，制備材料。表2-2配方組成配方AL其他活化元素In188120287.7120.3387.6120.4487.5120.5587.4120.6687.3120.778712188612298512310841241183125注：以上百分比均為質(zhì)量分數(shù)2.2.2理論依據(jù)（a）金屬X為鋁合金活化溶解主要功能元素，也是研究最早的加入鋁的活化元素，根據(jù)相圖分析，可知X在鋁的最大固溶度為20wt%，所以說X的含量選擇從30wt%至10wt%變化。（b）金屬Y也是可溶解鋁合金材料中起活化作用的功能元素，其與金屬X共同作用時，金屬Y先溶解-再沉淀在鋁表面形成活化點，金屬X在沉淀在金屬Y上，共同作用破壞金屬鋁的氧化膜，并且金屬Y也可以和金屬X形成一種熔點僅為15℃左右的合金，在高于19℃的水環(huán)境下，這種低熔點合金成為液相，在鋁表面流動，嵌入金屬鋁的氧化膜中，同樣起到破壞氧化膜的作用。但是金屬Y如果加入過多，溶解速度太快，其力學性能將大幅度降低，破壞材料的承壓能力，所以添加量不宜過多，添加量從0.1wt%至4wt%。（c）金屬Z是可溶解鋁合金材料中的主要強化元素，對于其力學性能起至關(guān)重要的作用。Z鋁合金的優(yōu)點，在于它有跟鋼一樣的強度和硬度，但重量卻比鋼輕得多，跟塑膠很接近，研究表明[6]，Z對鋁的強化作用是明顯的，每增加1%wt的Z，抗拉強度大約升高34MPa。所以添加量從1wt%至5wt%。（d）金屬銦是與金屬X類似的活化元素，加入金屬銦的主要目的還是活化鋁合金，使其溶解速度提高，研究表明[2]，金屬鉍，金屬銦在鋁中也起到和金屬Y相同的作用，可以較為明顯的活化鋁，提高其溶解性能，尤其是金屬銦可以與金屬X，金屬Y形成三元合金，這種合金熔點較XY合金熔點更低，僅有10℃左右，可見這種三元合金對于金屬鋁的活化作用將為更為明顯，但是基于同金屬Y相同的理由，如果這種47℃合金加入量過多，該鋁合金材料的溶解的速度將更加迅速，對于其承壓性能將起更大的破壞作用，所以47℃合金的添加量不宜過多，添加量從0.1wt%至0.5wt%。2.3實驗過程2.3.1總體工藝過程（a）將鋁錠放入井式電爐內(nèi)的石墨黏土坩鍋中，升溫到760℃，使之熔融成為鋁液；（b）待金屬鋁完全成為熔體時，加除氣劑，按重量百分比加入小料1，保溫30min，充分攪拌，二次除氣，加小料2，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；（c）待10min后，將熔體表面的渣子扒掉，使用涂抹了氮化硼涂料的鐵質(zhì)器，澆注進入預(yù)先預(yù)熱好的模具中；（d）待熔體冷卻后，將試樣一部分加工成為直徑30mm高20mm的圓柱，做溶解實驗整個實驗過程的總體工藝流程圖見圖2-1。2.3.2前期實驗過程（a）將金屬鋁，其他活化元素，金屬銦作為基礎(chǔ)配方，這三種物質(zhì)的質(zhì)量百分比設(shè)為100%，即X%Al+Y%其他+Z%In=100%，其中Y的選擇依次為12wt%，Z的選擇依次為0wt%，0.3wt%，0.4wt%，0.5wt%，0.6wt%，0.7wt%，1wt%，2wt%，3wt%，4wt%，5wt%X=100-Y-Z；（b）按照（a)進行組合，組合不同的基礎(chǔ)配方和外加物質(zhì)，進行熔融澆注，制備出不同組分的鋁合金材料；（d）將這些不同組成的鋁合金材料，依次進行溶解性能測試，通過測試溶解性能，繪制溶解曲線，得出銦的最優(yōu)添加量。注：以上質(zhì)量百分比按照配方稱重原料按照配方稱重原料注：以上百注：以上百注：以上百計熔融鋁柱計一次除氣計保溫均化微保溫澆注成棒加小料1二次除氣計加工成柱 圖2-1實驗總體工藝流程2.3.3金屬銦含量對材料性能影響的實驗過程（a）在前期實驗的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)配方進行配料，單獨調(diào)整金屬銦的含量；（b）保持其他活化元素的含量不變（總量保持在12wt%），將金屬銦的含量依次變?yōu)?，0.5wt%，1wt%，2wt%，3wt%，4wt%，5wt%，以此制備出不同銦含量的鋁合金材料；（c）將制備好的兩種系列的鋁合金材料，進行性能測試；（d）溶解性能測試：將制備好的系列鋁合金材料，將每種配方的原料分別加工成直徑30mm高30mm的圓柱（大致每個圓柱的質(zhì)量約為40g左右）各三個，將圓柱分別放入裝滿500ml水的燒杯中，將燒杯放入電熱恒溫水浴鍋中，分別保持水溫為50℃，60℃，70℃左右，測試不同組成的圓柱經(jīng)歷不同時間的剩余質(zhì)量，并以此作為溶解實驗的測試結(jié)果；（f）通過已做得的7組實驗的溶解實驗結(jié)果分析可知：銦的最佳加入量在0-1wt%之間并且很可能在0.5wt%附近，于是在調(diào)整配方組成，分別將銦的加入量以0.3wt%，0.4wt%，0.6wt%，0.7wt%的量加入，繼續(xù)按照（a)（b)（c)（d)的流程做實驗，將所得到的繪制成曲線，進而分析銦的最佳加入量。

3結(jié)果與討論3.1金屬元素銦對可溶解鋁合金性能的影響3.1.1不同溫度下金屬元素銦對溶解性能的影響根據(jù)圖3-1可以看出，在50℃的環(huán)境下溶解，當加入的銦的量為0時，短時間里隨著時間的推移幾乎不溶解，隨著In含量的增加，溶解開始進行，在銦的含量低于0.4wt%時，溶解速率隨著銦含量的增加而增加，而當銦的含量高于0.4wt%時，增加銦的含量，隨著時間的推移，溶解速率幾乎不變，溶解完全所用的時間基本相同。圖3-150℃下可降解合金溶解曲線由此可以看出銦對于可溶解合金的溶解速率影響很大，當不加入銦時，在50℃或者更低的溫度下，合金幾乎不溶解，而當銦的含量在0.4wt%以內(nèi)時，隨著銦含量的增加，溶解速率增加，這與金屬銦在鋁中形成的活化點有關(guān)，隨著銦含量的增加，活化點的數(shù)量增加，與水反應(yīng)的接觸點增多，反應(yīng)速率增加，溶解完畢所用的時間縮短。而當銦的含量達到0.4wt%時，活化點的個數(shù)達到最大值，在此時合金與水反應(yīng)的速率最快，溶解完畢所用時間最短，當銦的含量高于0.4wt%時，隨著銦含量的增加活化點的個數(shù)并不增加，故而合金與水反應(yīng)的速率幾乎不變，溶解完畢所用的時間也幾乎不變。圖3-260℃下可降解合金溶解曲線通過溶解圖樣可以觀察到，在60℃的環(huán)境下試樣的溶解與50℃的環(huán)境相類似，在0.4wt%時溶解到達極大值，而后隨著銦含量的增加，溶解速率幾乎不變。圖3-370℃下可降解合金溶解曲線對于70℃溶解數(shù)據(jù)所得到的溶解曲線可以看出不論銦的加入量是零還是其他數(shù)值，其溶解速率都還不錯，與不同銦含量的組分的試樣在50℃或是60℃的水中溶解的效果不同的是：對于50℃或是60℃的水中銦含量為零的試樣幾乎不溶解，然而在70℃中，含量為零的試樣不僅溶解而且溶解的速率還很快，幾乎和其他銦含量大于0.4wt%的相同，這說明當溫度大于70℃時影響合金試樣溶解速率的已不再是簡單的銦含量對它的影響，而是溫度，當溫度高于70℃時，溫度為反應(yīng)的產(chǎn)生提供了較高的活化能，雖然對于銦含量為零的試樣，在60℃以下，反應(yīng)幾乎不能進行，按照動力學解釋，反應(yīng)不能越過能壘所需的最小能量，故而反應(yīng)不能進行，表現(xiàn)為合金幾乎不溶解，而當溫度達到70℃或是以上時，溫度這個外界因素已為其反應(yīng)的進行提供了能越過能壘的能量，故而反應(yīng)能順利進行。3.1.2化學熱力學分析化學熱力學的核心理論有三個：所有的物質(zhì)都具有能量，能量是守恒的，各種能量可以相互轉(zhuǎn)化；事物總是自發(fā)地趨向于平衡態(tài)；處于平衡態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)可用幾個可觀測量描述?；瘜W熱力學是建立在三個基本定律基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。熱力學第一定律就是能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，它是許多科學家實驗總結(jié)出來的。一般公認，邁爾于1842年首先提出普遍“力”(即現(xiàn)在所謂的能量)的轉(zhuǎn)化和守恒的概念。焦耳1840-1860年間用各種不同的機械生熱法，進行熱功當量測定，給能量守恒和轉(zhuǎn)化概念以堅實的實驗基礎(chǔ)，從而使熱力學第一定律得到科學界的公認。熱力學三個基本定律是無數(shù)經(jīng)驗的總結(jié)，至今尚未發(fā)現(xiàn)熱力學理論與事實不符合的情形，因此它們具有高度的可靠性。熱力學理論對一切物質(zhì)系統(tǒng)都適用，具有普遍性的優(yōu)點。這些理論是根據(jù)宏觀現(xiàn)象得出的，因此稱為宏觀理論，也叫唯象理論。熱力學所根據(jù)的基本規(guī)律就是熱力學第一定律、第二定律和第三定律，從這些定律出發(fā)，用數(shù)學方法加以演繹推論，就可得到描寫物質(zhì)體系平衡的熱力學函數(shù)及函數(shù)間的相互關(guān)系，再結(jié)合必要的熱化學數(shù)據(jù)，解決化學變化、物理變化的方向和限度，這就是化學熱力學的基本內(nèi)容和方法。經(jīng)典熱力學是宏觀理論，它不依賴于物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展和變化，都無需修改熱力學概念和理論，因此不能只從經(jīng)典熱力學獲得分子層次的任何信息。并且它只處理平衡問題而不涉及這種平衡狀態(tài)是怎樣達到的，只需要知道系統(tǒng)的起始狀態(tài)和終止狀態(tài)就可得到可靠的結(jié)果，不涉及變化的細節(jié)，所以不能解決過程的速率問題。欲解決上述兩個局限性問題，需要其其它學科如化學統(tǒng)計力學、化學動力學等的幫助。熱力學理論已經(jīng)解決了物質(zhì)的平衡性質(zhì)問題，但是關(guān)于非平衡現(xiàn)象，現(xiàn)有的理論還是初步的，有待進一步研究；熱力學在具體問題中的實際應(yīng)用，仍有廣闊的發(fā)展前途。對于熱力學經(jīng)典公式△G=△H－T△S當△G＜0時，反應(yīng)能夠自發(fā)進行，而當△G＞0時，反應(yīng)不能自發(fā)進行，反應(yīng)要想發(fā)生，必須有外界環(huán)境的影響。在60℃以下的環(huán)境介質(zhì)中由于In的加入使得熵值△S增大，進而所得出的△G＜0，反應(yīng)能夠自發(fā)進行，而在70℃以上的環(huán)境介質(zhì)中，雖然△S沒有多大變化，但T增大，依然使得最終的△G＜0，進而反應(yīng)能自發(fā)進行[13]。總結(jié)來說，當溶解環(huán)境的溫度較低時，組成也就是銦含量的高低是影響反應(yīng)進行快慢的主要因素而當溶解環(huán)境介質(zhì)溫度達到70℃或是以上時溫度是影響快慢的主要因素。3.2.2XRD測試結(jié)果與分析圖3-4試樣的XRD圖片圖3-4（a）為銦的加入量為零的圖片，圖3-4（b)為銦的加入量為1wt%的圖片，通過對比可以看出不論是否加入銦都有AI，AIX，XY存在，而當加入銦以后形成了XIn類型的金屬間化合物，而在60℃以下銦的加入量為零的試樣幾乎不溶解，銦的加入量為1wt%的試樣溶解效果很好，可以得出正是因為銦的加入形成了XIn類型的金屬間化合物，才使得試樣在較低溫度的水中具有較好的溶解速率。

4結(jié)論本文以鋁，其他活化元素，銦為原料，運用制氫原理，通過高溫熔融法以及不同溫度的溶解曲線的繪制，得出銦在可降解合金中的最佳加入量，研究分析可降解鋁合金的溶解機理，得出結(jié)論：（1）在較低溫度下，可降解合金的溶解速率與銦的加入與否以及加入量的多少關(guān)系很大，在基礎(chǔ)配方中，當加入銦的量為零時在60℃以下可降解合金幾乎不溶解。（2）在低于60℃的環(huán)境下，當可降解合金中銦的加入量達到0.4wt%時，隨著銦含量的增加，可降解合金的溶解速率幾乎不變，主要是因為其他活