【摘 要】
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高硬度和良好耐蚀性能的Fe-Cr-Si系合金有望成为高温、腐蚀等恶劣条件下服役的新型合金材料。设计并采用电弧熔炼工艺制备出了Fe-Cr-Si系合金,通过调整Si含量以获得优异耐腐蚀性能的合金材料。采用SEM、XRD等手段分析了合金的显微组织及物相组成。使用硬度测试仪测试了合金的硬度。测试了合金在0.5mol/L的HCl溶液中的电化学性能,得出合金的极化曲线,利用OM分析合金电化学实验后的表面形貌。
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高硬度和良好耐蚀性能的Fe-Cr-Si系合金有望成为高温、腐蚀等恶劣条件下服役的新型合金材料。设计并采用电弧熔炼工艺制备出了Fe-Cr-Si系合金,通过调整Si含量以获得优异耐腐蚀性能的合金材料。采用SEM、XRD等手段分析了合金的显微组织及物相组成。使用硬度测试仪测试了合金的硬度。测试了合金在0.5mol/L的HCl溶液中的电化学性能,得出合金的极化曲线,利用OM分析合金电化学实验后的表面形貌。在10%HCl溶液化学浸泡腐蚀性能实验,计算了Fe-Cr-Si系合金的腐蚀动力学曲线,用SEM和XPS等手段表征了合金的腐蚀形貌和产物。以Fe20Cr10Si为例,在800℃和900℃的大气中进行了高温氧化实验,通过分析合金的氧化动力学曲线、氧化产物的物相组成、元素分布状态,总结了两种温度下合金的高温氧化行为。研究结果表明:Fe-Cr-Si系合金均由树枝晶和枝间间基体组成,Si元素促进了合金中Fe3Si金属硅化物的形成,随着Si含量的增加,树枝晶晶粒细化并完成了由γ-Fe相向Fe3Si相的转变,枝晶间基体由Fe-Cr固溶体转变为Fe-Cr固溶体和γ-Fe的共晶体,Fe3Si金属硅化物的形成导致合金硬度明显提高。合金在0.5mol/L的HCl溶液电化学实验中具有较宽的钝化区间,在较高的电压下依旧具有稳定的钝化膜,表面未发现点蚀坑的存在。合金在10%HCl溶液中耐腐蚀性能良好,Fe3Si金属硅化物的形成和Cr、Si元素的固溶强化作用可以显著改善合金的耐腐蚀能力,合金浸泡72h后的腐蚀产物主要以Cr、Si、Fe的氧化物和氢氧化物的稳定形式存在,产物的形成和积累可以阻止合金表面点蚀坑的形成和进一步长大。合金在两种高温空气中抗氧化能力是45#钢的30倍以上,合金中Fe3Si金属硅化物和氧化期间Cr、Si氧化物的形成提高了合金的抗氧化性能。144h氧化产物由Cr2O3、Si O2、Fe2O3组成。两种温度下氧化前期均以Cr元素优先氧化形成Cr2O3保护膜,氧化层与基体热膨胀系数不匹配导致氧化层开裂和剥落,但随后基体会被重新氧化。800℃下合金重新氧化产物主要为Cr2O3,而900℃下合金重新氧化产物为外层Si O2和内层Cr2O3的复合氧化层。图36幅;表6个;参73篇。
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