【摘 要】
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新型磁致伸缩材料Fe-Ga合金的磁致伸缩性能介于传统磁致伸缩材料和超磁致伸缩材料之间,且由于其优良的机械性能、较低的饱和磁场强度等优点受到了广泛关注。Fe-Ga合金可用于制作位移传感器等器件,已在舰船上得到应用,服役时会面临海洋环境,且承受着应力的作用,因此研究Fe-Ga合金的腐蚀及应力腐蚀行为很有意义。此外,作为磁性材料,Fe-Ga合金要在磁场下服役,因此考虑磁场
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新型磁致伸缩材料Fe-Ga合金的磁致伸缩性能介于传统磁致伸缩材料和超磁致伸缩材料之间,且由于其优良的机械性能、较低的饱和磁场强度等优点受到了广泛关注。Fe-Ga合金可用于制作位移传感器等器件,已在舰船上得到应用,服役时会面临海洋环境,且承受着应力的作用,因此研究Fe-Ga合金的腐蚀及应力腐蚀行为很有意义。此外,作为磁性材料,Fe-Ga合金要在磁场下服役,因此考虑磁场的影响十分必要。但是,很遗憾,目前Fe-Ga合金的研究主要集中在磁致伸缩性能、力学性能以及微观结构等方面,关于其腐蚀以及应力腐蚀行为的研究很少。基于此,本论文系统地研究了Fe83Ga17合金的应力腐蚀行为以及磁场对其腐蚀与应力腐蚀的影响,为Fe-Ga合金的应用提供参考和理论支持。首先,通过恒电位下的恒载荷方法,确定了Fe83Ga17合金的应力腐蚀机制,以及应力腐蚀门槛值;其次,通过浸泡、慢应变速率拉伸以及动电位极化等方法表征了磁场对Fe83Ga17合金腐蚀、应力腐蚀以及电化学腐蚀的影响;此外,本文探讨了Fe83Ga17合金的氢致滞后开裂性能以及磁场的影响。主要研究结果如下:(1)制备了具有良好力学性能的Fe83Ga17合金,抗拉强度为645MPa,延伸率为15.8%。极化电位下的恒载荷实验结果表明,当阳极极化电位升高时,断裂时间减小;相反,当施加阴极极化电位时,断裂时间随着阴极极化电位绝对值的升高而增加,从而确定Fe83Ga17合金的应力腐蚀机制为阳极溶解型。(2)浸泡实验结果表明,在0.15T的平行磁场下,由于磁场梯度力的作用,减缓了腐蚀及均匀腐蚀。慢应变速率拉伸实验表明,当施加拉伸方向的磁场(B1)时,磁场梯度力的方向由裂纹外部指向裂纹内部,促进应力腐蚀;当施加面内方向的磁场(B2)时,磁场梯度力的方向与施加拉伸方向磁场(B1)时相反,抑制应力腐蚀;当施加垂直方向的磁场(B3)时,抑制应力腐蚀相对较轻微。基于上述结果,本文提出了Fe83Ga17合金/NaCl溶液体系中磁场梯度力的作用模型,并用铁磁性材料Co进行了验证,结果一致。(3)电化学腐蚀实验结果表明,与无磁场时相比,当外加磁场方向平行于试样表面时,增大了合金的腐蚀电流密度,使试样表面的腐蚀更为严重。这是由于有外加电流的影响,此时磁场方向垂直于电流方向,洛伦兹力最大,产生的强制对流增大了带电粒子的传输速率,从而加速了传质过程,促进了电化学腐蚀。(4)采用带缺口的工字型拉伸试样,利用自制的恒位移加载装置,观察了动态充氢条件下,预裂纹的扩展情况。结果表明,试样拉伸方向平行于轧制方向时,未出现氢致开裂现象;垂直于轧制方向时出现了氢致滞后开裂现象。光滑试样在硫酸硫脲溶液中以1mA/cm2电流密度充氢时,恒载荷实验结果显示,Fe83Ga17合金发生滞后断裂的门槛应力为0.63σb。充氢过程中外加平行磁场时,会加速氢脱附,降低试样的氢含量。
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