钴含量和制备方法对铁基非晶合金耐蚀性影响的研究

摘要

本论文采用非自耗型真空熔炼电弧炉水冷铜模吸铸法制备了铁基块体非晶合金Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(X=0,2,4,6 and17)，还采用了超音速火焰喷涂法（HVOF）制备了Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2非晶涂层。分别利用X射线衍射法（XRD）对合金结构进行了表征，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析了合金的腐蚀形貌特征，并用差热分析法（DSC）来得到合金的热力学参数。本文重点在Co含量对铁基非晶合金耐蚀性能的影响研究，分别采用中性盐雾试验和电化学腐蚀实验来加以分析，并结合非晶合金表面功函数分布特征，腐蚀形貌和腐蚀后的元素能谱分析（EDS）进一步探讨其腐蚀特性随Co元素的添加所发生的变化。此外，本实验通过合金的楔形试样法和腐蚀失重规律，将G FA与耐蚀性随Co元素添加量的变化规律加以总结。基于表面功函数理论利用化学浸泡法和电化学腐蚀法对非晶涂层和块体的耐蚀性差异的影响因素进行了研究。
　　对合金的结构特征分析可知铁基块体非晶合金Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(X=0,2,4,6 and17)和Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2非晶涂层均为完全非晶态结构。通过差热分析和楔形试样法可知 x=4时，合金的过冷液相区ΔTx最宽且拥有最大玻璃形成能力。Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(X=0,2,4,6 and17)块体非晶中性盐雾实验结果表明：x=4时，合金的腐蚀速率最低，接着是x=2，x=0，x=6，x=17，Ti6Al4V和1Cr18Ni9Ti。合金的腐蚀形貌通过SEM和原子力显微镜（AFM）观察检测，合金出现了不同程度的腐蚀形貌特征，其中 X=4时腐蚀面积最小且腐蚀坑较浅，而x=17时腐蚀面积和深度都较大，腐蚀在非晶合金中的横向传播比纵向传播更加严重。合金的玻璃形成能力（GFA）变化趋势与耐蚀性的变化趋势相一致，都是随着钴元素的添加先增大后减小。合金盐雾实验的腐蚀产物主要由铁和钴的氧化物以及它们的氯化物组成。
　　同时采用电化学腐蚀方法进一步分析块体非晶的腐蚀情况。实验结果为不同Co含量的Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(x=0,2,4,6,17)非晶合金的表面功函数值相近，x=2和x=4时的功函数值相对较高，两者在电化学腐蚀过程中也表现出了较好的耐蚀性。x=4时，合金在1 mol/L HCl和3.5％NaCl中的钝化区最宽，自腐蚀电位相对较高，腐蚀电流密度也较低。电化学腐蚀过程中，耐蚀性由强到弱依次为：x=4，x=2，x=0，x=6，x=17。电化学腐蚀结果与盐雾腐蚀结果一致。
　　通过对比相同成分块体非晶和涂层非晶合金来研究孔隙率对涂层非晶合金耐蚀性的影响。涂层与块体在1 mol/L HCl中浸泡腐蚀结果为：涂层的孔隙大小、数量对其耐蚀性起到很大影响，其腐蚀程度较块体非晶合金更为严重。开尔文探针分析结果为：腐蚀产物膜会提高合金的表面功函数值，涂层与块体9.25%的孔隙率差值导致了50 meV的功函数差值；无论腐蚀前后，块体非晶合金的功函数值都比涂层的高。非晶涂层与块体在1 mol/L H2SO4，1 mol/L和2 mol/L HCl中的电化学腐蚀结果为：块体非晶的自腐蚀电位高于涂层，其腐蚀电流值比涂层小一个数量级，其维钝电流密度也远远小于涂层，表现出了更强的耐蚀性。涂层孔隙的加入造成了更大的腐蚀倾向，使其更易于在腐蚀过程中得失电子，加速反应进行，造成两者拟合电路的不同。涂层与块体接近9.25%孔隙率差值导致了涂层的自腐蚀电位低于块体，腐蚀电流密度高于块体，在HCl溶液中两者电化学转移电阻Rt值相差一个数量级。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2铁基非晶合金研究现状

1.3铁基非晶合金的制备工艺

1.4本论文研究的主要内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1实验材料的制备

2.2 实验方案及分析方法

第3章 钴含量对铁基块体非晶合金耐蚀性的影响

3.1 铁基块体非晶合金的结构表征

3.2 铁基块体非晶合金的热分析

3.3.盐雾腐蚀实验分析

3.4 合金的电化学腐蚀分析

本章小结

第4章 制备方法对铁基非晶合金耐蚀性影响

4.1非晶涂层与块体的宏观与金相形貌

4.2非晶涂层与块体的结构表征

4.3非晶涂层与块体的热分析

4.4非晶涂层与块体的电化学腐蚀

本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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