Fe_（3-x）Cr_xSi合金的制备及其腐蚀性能研究

【摘要】： 难熔金属硅化物Fe3Si因具有优异的耐腐蚀、抗氧化、耐摩擦及制备简单、原料低廉等优点,而其成为一种潜在的结构材料。但是,长期以来对Fe3Si的研究一直集中在它的磁学性能,对其作为结构材料的研究甚少。本实验对Fe3Si及其合金的制备及抗氧化、耐腐蚀性能进行了研究。 采用机械球磨结合热压烧结的方法,制备了Fe3-xCrxSi (x=0,0.2,0.4,0.6)合金,并采用XRD、SEM、EPMA等对制备试样进行表征。同时,以304不锈钢为参比试样,研究了Fe3-xCrxSi合金在800℃和900℃下高温抗氧化性能及其在0.5mol/L、5mol/L和10mol/LH2SO4溶液中的腐蚀性能。 对不同烧结温度和保温时间的合金试样进行对比,从而确定最佳烧结参数为：烧结温度1100℃,保温时间60min；合金主要物相为Fe3Si;随着Cr含量的增加,合金的硬度和致密性增加,压缩强度呈先增加后降低的趋势,当x=0.2时,合金压缩强度最大,达到1860MPa；合金断口形貌以脆性解理断裂为主,Cr元素的合金化,一定程度上改善了Fe3Si的脆性。 对合金试样及参比试样在800℃和900℃下的高温抗氧化性能进行研究。结果表明：在800℃和900℃下,合金表现出了较304不锈钢良好的高温抗氧化性能；氧化膜为复合氧化膜,主要物相为SiO2、Cr2O3、FeCr2O4等；随合金元素Cr的添加,氧化增重逐渐减少,很好的改善了Fe3Si的高温抗氧化性能；合金中Cr含量较少时,生成的Cr2O3氧化膜过薄且容易脱落,不能起到保护作用；在高的氧分压条件下,易生成FeCr2O4、Fe2.95Si0.05O4尖晶石保护性氧化膜。 进一步研究了合金试样Fe3-xCrxSi及参比试样(304不锈钢)在0.5mol/L、5mol/L和10mol/L的H2SO4溶液中抗腐蚀性能。从极化曲线中可以看出,在各个浓度的H2SO4溶液中合金试样均有明显的钝化区域；在0.5mol/L的H2SO4溶液中,合金试样的自腐蚀电位较低,自腐蚀电流较高,合金耐腐蚀性低于304不锈钢,但合金试样的钝化区间较宽；在10mol/L的H2SO4溶液中,合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流均低于304不锈钢,合金腐蚀倾向较大,但抗腐蚀性仍好于304不锈钢；随着Cr含量的增加,Fe3-xCrxSi的致钝电位负移,稳定钝化电位范围变宽,同时致钝电流和维钝电流降低,耐蚀能力增强,说明Fe3-xCrxSi在浓H2SO4溶液中更容易发生钝化,生成钝化膜SiO2和Cr2O3。浸泡腐蚀也表现出相似的特性,随Cr含量和H2SO4溶液浓度的增加,合金的腐蚀失重减小,当x=0.6时,合金在10mol/L的H2SO4溶液中的腐蚀失重仅为0.55mg/cm2,比304不锈钢低了2倍多。