铁基非晶合金低温热处理过程中的微观结构演变及耐蚀性变化

摘要

铁基非晶合金由于具有优异的磁性能而广泛应用于电力电子、机械、化工等各个领域，但是在其服役环境中不可避免的会发生腐蚀，因此，还需要具备良好的抗腐蚀能力。本文以Fe78Si9B13和Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3(at.％)非晶合金为研究对象，对其进行不同温度及时间的低温热处理，研究了铁基非晶合金的物相结构、热稳定性、腐蚀行为及腐蚀形貌，重点分析了其在热处理过程中微观有序结构的演变及腐蚀行为，从微观结构的角度解释其耐蚀性变化的机理。
　　首先研究了未热处理的Fe78Si9B13和Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶合金的物相结构、热稳定性以及在3.5％ NaCl溶液、5％H2SO4溶液以及10％NaOH溶液中的腐蚀行为，结果表明:Fe78Si9B13和Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶合金均为非晶结构;相对于Fe78Si9B13非晶合金而言，Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶合金的热稳定性更优;在三种腐蚀性介质中，Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶合金均表现出更好的耐腐蚀性能。
　　低温热处理的过程中的结构解析表明，Fe78Si9B13和Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1非晶合金中原子团簇的尺寸总体上均呈现先减小后增大的演变趋势。在热处理过程中会发生原子的扩散，较低温度的热处理会促使非晶合金结构和成分的均匀化程度提高，而当热处理的温度进一步升高时则会促进原子团簇的进一步长大。
　　在3.5％NaCl溶液中两种非晶低温热处理后的耐蚀性与其微观结构密切相关，腐蚀速率与原子团簇尺寸总体上呈正相关，即原子团簇尺寸越小，腐蚀速率越小，耐蚀性越好。这可归因于微观结构的变化所引起的腐蚀微电池数目的改变，非晶合金的原子团簇尺寸越小，成分和结构就越均匀，所构成的腐蚀微电池数目越少，耐蚀性越好。
　　两种非晶合金热处理后在5％H2SO4溶液中的腐蚀行为的变化，原子团簇的尺寸不是影响耐蚀性的唯一因素，还可能与酸性环境下的应力腐蚀有关。较低温度的热处理使非晶合金加工过程中产生的内应力得以释放，非晶体系自由能降低，因此腐蚀速率降低，耐蚀性增强。当热处理温度较高时，一方面，原子团簇尺寸进一步增大导致非晶合金结构和成分的均匀性降低。另一方面，热处理温度升高使Si的扩散系数增大，大量的Si会扩散至表面，导致非晶合金表面成分均匀性下降，造成某些区域的优先腐蚀，导致腐蚀速率增加。因此，既要通过热处理使加工过程中的内应力得以释放，又要防止原子团簇的过快长大。
　　两种非晶合金经过不同温度及时间的热处理后在10％NaOH溶液中的耐蚀性与钝化膜的形成有关。较低温度(200℃、250℃)热处理使非晶合金的成分和结构变得更加均匀，这有利于形成更为连续、致密的钝化膜，从而对金属基体形成更好的保护。因此，腐蚀速度减缓，耐腐蚀性能增强。两种非晶合金400℃热处理后，一方面较高的温度可促进Si向表面迁移促进钝化膜的形成，另一方面原有的完全非晶态有所改变，虽然在非晶基体上可能会弥散分布着一些纳米尺度的晶化相，但是在碱液中的腐蚀不是以形成微电池的电偶腐蚀，这些纳米相的析出不会促进腐蚀的加剧，所以热处理后的试样在碱液中的耐蚀性比未热处理的有提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 非昌合金的晶化行为

1．2．2 铁基非晶合金的晶化行为

1．3 非晶合金的耐蚀性

1．3．3 铁基非晶合金的腐蚀行为

1．3．4 非晶合金腐蚀的研究方法

1．4 课题研究意义及主要研究内容

1．4．2 主要研究内容

第二章 试验研究方法及设备

2．2 试验材料及分析测试方法

2．2．2 试验分析测试方法

第三章 Fe78Si9B13和Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金的腐蚀行为

3．3 Fe78Si9B13和Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金的组织性能

3．3．2 TEM实验结果及分析

3．4 Fe78Si9B13和Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金的热稳定性能

3．5 Fe78Si9B13和Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金的耐腐蚀性能

3．5．1 电化学腐蚀行为

3．5．2 腐蚀形貌观察

3．6 本章小结

第四章 低温热处理对Fe78Si9B13非晶合金微观结构及腐蚀行为的影响

4．2．1 Fe78Si9B13非晶合金的微观结构演变

4．2．2 Fe78Si9B13非晶合金的耐蚀性分析

4．3 Fe78Si9B13非晶合金400℃热处理后的微观结构演变及腐蚀行为

4．3．1 Fe78Si9B13非昌合金的微观结构演变

4．3．2 Fe78Si9B13非晶合盒的耐蚀性分析

4．4 不同热处理温度对Fe78Si9B13非晶合金耐蚀性的影响

4．5 本章小结

第五章 低温热处理对Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金微观结构及耐蚀性的影响

5．2 不同热处理温度对Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金微观结构的影响

5．3 不同热处理温度对Fe73．5Si13．5B9Nb3Cu1非晶合金耐蚀性的影响

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢