Fe3Si基IMC制备及其在几种不同溶液中的腐蚀性能研究

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随着工业的飞速发展,材料使用条件的不断苛刻,伴随着材料使用极限的到来,现有材料已经无法满足一些严苛条件下的使用要求,促使科学家们不断的探索新材料的开发。难溶金属间化合物Fe3Si具有优异的耐腐蚀、抗氧化、耐摩擦、制备简单、原料低廉等优点,而成为一种潜在的结构材料。但是,长期以来,Fe3Si的本征脆性一直是阻碍其应用的绊脚石,塑性相的引入是必不可少的。本实验采用机械合金化制粉,通过热压烧结的方法,制备了Fe3Si、Fe3Si-5%Cu、Fe3Si-10%Cu,并采用XRD、SEM、EPMA等对制备试样进行表征。通过对比这三种材料的硬度、显微组织、微区成分、三点弯曲实验和压缩实验,Cu的加入对Fe3Si基IMC材料的本征脆性起到了一定的改善,那么对于其腐蚀性能又会产生怎样的影响呢,能否将Fe3Si-Cu合金发展成为一种耐蚀结构材料呢。本实验比较了Fe3Si、Fe3Si-5%Cu、Fe3Si-10%Cu三种材料在不同摩尔浓度酸、碱、盐(H2SO4、NaOH、NaCl)中的腐蚀性能。通过常温静态浸泡腐蚀和电化学腐蚀两种方法讨论了Fe3Si和加入不同质量分数Cu(5%,10%)的Fe3Si-Cu复合材料在不同摩尔浓度H2SO4、NaOH、NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,Cu的加入在一定程度上使Fe3Si基金属间化合物在不同腐蚀介质中的自腐蚀电位升高,提高了材料本身的耐腐蚀性能,并且加入5Wt%Cu的Fe3Si-Cu有小的自腐蚀电流和自腐蚀速率。材料在H2SO4溶液中的腐蚀过程最剧烈,腐蚀过程中从材料表面有气泡冒出,具有大的浸泡腐蚀速率,腐蚀后材料的表面出现了不同的特征,在Fe3Si的表面有一层致密的白色薄膜,经检测为SiO2,阻止材料的进一步腐蚀,而在Fe3Si-5%Cu和Fe3Si-10%Cu的表面都出现了不同程度的红褐色和黑色,反应前后材料的PH值没有大的变化,从极化曲线上来看,几种材料在H2SO4中的腐蚀过程为一种钝化过程,钝化平台明显,钝化区域宽泛,Fe3Si在H2SO4中的极化曲线还出现了电流随电位的升高急剧下降的过程;材料在NaOH的腐蚀过程相对温和,浸泡腐蚀后,材料表面出现了一层棕黄色的腐蚀产物,溶液的PH值在长期浸泡腐蚀后的第10天开始出现变化,PH值由12最终变为9。从极化曲线来看,材料NaOH溶液中的腐蚀也出现了明显的钝化;三种材料在NaCl溶液中的浸泡腐蚀过程与在前两种溶液中的过程不同,为一种活化腐蚀过程,在腐蚀初期材料表面便出现了很多黄褐色的附着物,随着浸泡腐蚀时间的加长,腐蚀产物越来越多,逐渐从材料表面向溶液内部扩散,均匀的分散于溶液中,腐蚀前后溶液的PH值变化不大,经检测腐蚀过程中有SiCl4、SiO2、FeCl2、Fe2O3等物质生成。
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