CuSn合金經濟便宜、無環境污染，具有良好的形狀記憶效應和優良的導電性能，可廣泛應用于電機、繼電器以及電氣化鐵道運輸接觸網等領域。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境的變化，在某些情況下，CuSn合金仍然會發生腐蝕。

    目前，關于快速凝固CuSn合金的研究尚較少，且主要集中在關于其力學性能及微觀結構組織方面，而關于其腐蝕行為及機理也不明確。本文利用快速凝固技術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合金的相結構，電阻率及其在NaOH溶液中的耐腐蝕性能。

    試驗參數一覽

    1.試樣制備

    采用99.99%Cu和99.99%Sn高純金屬按照化學比例配制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，對合金樣品進行4～6次的翻轉熔煉。取適量的CuSn合金放入石英玻璃管，在高頻感應爐中進行熔化，在熔化過程中利用紅外測溫儀測量合金熔體的溫度，并在一定溫度下將熔體噴射進直徑為3mm的銅模具里進行快速冷卻，最終獲得快速凝固CuSn合金。

    2.試驗儀器

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

    結果與討論

    對Cu75Sn25及Cu65Sn35兩種成分的快凝合金，分別對其組織結構及電阻率、電化學腐蝕性能進行了分析，其結果如下。

    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合金的電阻率沒有明顯區別，均比較高。據此可以推測，兩種金屬間化合物的電阻率沒有明顯區別。

    2 電化學腐蝕性能

    快凝CuSn合金的極化曲線

    圖2 快速凝固CuSn合金在NaOH介質中的動電位極化曲線

    由圖2可知，兩種快凝合金的極化曲線相似，陽極區出現較為明顯的鈍化現象，兩種快凝合金的腐蝕機制相似。

    結合圖2及表2可以看出，在0.1mol/L的NaOH介質中兩種快凝合金均具有相對較好的耐腐蝕性能。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具有更嚴重的腐蝕傾向及更快的腐蝕速度。而且在相同的點位下，快凝Cu75Sn25合金始終比快凝Cu65Sn35合金的陽極溶解電流密度大。綜合以上結果，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于具有Cu3Sn相的快凝Cu75Sn25合金。

    表2  快冷CuSn合金的極化參數

    快凝CuSn合金的交流阻抗譜

    由表3可知，快凝合金Cu65Sn35的Rct數值明顯高于快凝合金Cu75Sn25，這說明快凝合金Cu65Sn35具有比較低的腐蝕速率。這與極化曲線的結果相一致，進一步證實快凝合金Cu65Sn35的耐腐蝕性要優于快凝合金Cu75Sn25。

    （1） Cu65Sn35

    （2）Cu75Sn25

    圖 3 快速凝固CuSn合金在NaOH介質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

    結論

    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致傳導電子的減少，兩快凝合金的電阻率相差很小。在NaOH溶液中，快凝合金Cu65Sn35的耐腐蝕性明顯優于快凝合金Cu75Sn25。