铁锰二元合金耐液锌腐蚀机理
- 格式:pdf
- 大小:414.19 KB
- 文档页数:5
《Sb和Mn对Zn腐蚀的影响》摘要:本文通过实验室条件下的研究,探讨了Sb和Mn元素对Zn 腐蚀的影响。
采用多种实验方法和测试手段,系统地研究了不同含量和配比的Sb和Mn在Zn中形成的合金在腐蚀过程中的行为,旨在深入了解合金元素如何影响锌及其合金的腐蚀特性,并从理论和实验两方面探讨其原因和潜在机制。
一、引言Zn是一种常用的金属材料,广泛应用于各种工业领域。
然而,由于环境因素如湿度、温度和化学物质的存在,Zn容易发生腐蚀。
为了改善其耐腐蚀性能,通常通过合金化来引入其他元素。
Sb和Mn是两种常见的合金元素,它们在提高Zn的耐腐蚀性方面具有重要作用。
因此,研究Sb和Mn对Zn腐蚀的影响对于优化锌基合金的性能具有重要意义。
二、实验方法本实验采用不同含量和配比的Sb和Mn与纯Zn进行合金化。
首先制备了多个不同配比的合金样品,然后进行一系列的腐蚀实验。
实验条件包括不同环境中的暴露时间、温度、湿度等。
采用重量法、电化学测试和表面分析技术等手段来评估和分析合金的腐蚀行为。
三、Sb对Zn腐蚀的影响Sb作为一种常见的合金元素,可以显著提高Zn的耐腐蚀性。
实验结果表明,随着Sb含量的增加,Zn合金的耐腐蚀性得到提高。
这是因为Sb能够与Zn形成稳定的化合物,这些化合物在表面形成一层保护膜,阻止了Zn与外界环境的进一步反应。
此外,Sb还可以改变Zn的微观结构,从而提高其耐腐蚀性。
四、Mn对Zn腐蚀的影响Mn同样对Zn的耐腐蚀性有显著影响。
与Sb类似,Mn能够与Zn形成稳定的化合物,并在表面形成一层保护膜。
此外,Mn 还可以通过改变Zn的晶体结构来提高其耐腐蚀性。
然而,Mn含量过高可能导致合金中出现第二相颗粒,这可能会降低其耐腐蚀性。
因此,合理控制Mn的含量对于优化锌基合金的性能至关重要。
五、Sb和Mn联合作用对Zn腐蚀的影响当Sb和Mn同时存在于Zn中时,它们之间存在协同效应。
实验结果表明,适量的Sb和Mn共同添加可以进一步提高Zn的耐腐蚀性。
铁合金在流动海水中的腐蚀行为研究的开题报告一、选题背景和研究意义铁合金是一种常用的合金材料,被广泛应用于建筑、机械、电子等领域。
然而,在海水环境下,铁合金很容易发生腐蚀现象,导致材料破损、性能下降等问题,严重影响其使用寿命。
因此,对铁合金在流动海水中的腐蚀行为进行研究,有助于深入了解其腐蚀机理和特点,从而提高材料的耐腐蚀性能,延长使用寿命,降低维修成本。
二、研究内容和方法本研究将从以下两个方面对铁合金在流动海水中的腐蚀行为进行研究:1. 分析铁合金在流动海水中的腐蚀机理和特点,探究不同流动速度、水温、盐度等因素对其腐蚀行为的影响,同时通过扫描电子显微镜等技术手段观察材料的微观结构和表面状态,分析腐蚀过程中的变化规律。
2. 探究铁合金进行防腐蚀处理的方法,比较不同处理方法的效果,优化防腐蚀方案,提高铁合金在流动海水中的耐腐蚀性能。
本研究将采用实验室试验和数值模拟方法开展研究,通过设定不同实验条件,比较不同防腐蚀处理方法的效果,以及预测不同流动速度、水温、盐度等条件下铁合金的腐蚀程度和腐蚀速率。
三、预期成果1. 深入了解铁合金在流动海水中的腐蚀机理和特点,揭示其腐蚀过程中的变化规律。
2. 比较不同防腐蚀处理方法的效果,优化防腐蚀方案,提高铁合金在流动海水中的耐腐蚀性能。
3. 提供实验数据和数值模型,可为相关领域的工业生产和应用提供重要参考依据。
四、研究计划与进度安排1. 前期调研阶段(2个月):文献查阅、了解铁合金在流动海水中的腐蚀问题和研究现状、制定研究方案。
2. 中期实验阶段(6个月):搭建实验平台、采集实验数据、分析实验结果。
3. 后期模拟分析与结果总结阶段(4个月):利用数值模拟工具,对实验结果进行分析和验证,总结论文,撰写开题报告。
五、参考文献1. Cao, J. P., & Lu, J. (2015). Corrosion behaviors of iron-aluminum alloys in sea water. Journal of Iron and Steel Research International, 22(12), 1085-1089.2. Jahanshahi, M., & Ganesan, R. (2015). Corrosion of iron and iron alloys in flowing seawater: A critical review. Corrosion, 71(2), 161-190.3. Eliaz, N., Sirota, Y., & Gileadi, E. (2013). Localized corrosion of copper in flowing seawater. Journal of electroanalytical chemistry, 704, 96-101.4. Wullschleger, L., Shao, L., & Virtanen, S. (2016). Corrosion of steel in seawater: influence of flow velocity and sand cover. Journal of Materials Science, 51(24), 11046-11060.。
第31卷 第1期2010年 1月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTI O NS OF MATER I A LS AND HEAT TREAT MENTVol.31 No.1January2010铁锰二元合金耐液锌腐蚀机理张 艺1, 刘俊友1, 吴春京1, 田光新1, 刘 杰2(11北京科技大学材料学系,北京 100083; 21北京北科德瑞冶金工程技术有限公司,北京 100083)摘 要:研究了四种不同M n 含量的铁锰二元合金在450℃液锌中的腐蚀行为,探讨了Mn 对铁锌反应的影响规律。
结果表明,铁锰二元合金在液锌中的腐蚀属于溶解性腐蚀。
随着锰含量的增加,腐蚀速率有较大变化。
含锰量为10wt%的合金,其腐蚀速率为5179×10-3g ・cm -2・h -1,含锰量为15wt%的合金,其腐蚀速率为3164×10-2g ・c m -2・h -1。
锰含量为10wt%时,腐蚀产物由致密的δ相层和块状的ζ相层组成,致密的较厚的δ相层的存在,降低了铁锌反应速率,合金表现出较好的耐液锌腐蚀能力,而锰含量为15wt%时,腐蚀产物由大量疏松的颗粒状ζ相分布在液锌相中组成,疏松的组织恶化了合金的耐液锌腐蚀能力。
关键词:腐蚀机理; Fe 2M n 合金; 液锌中图分类号:TG174;TG142133 文献标志码:A 文章编号:100926264(2010)0120121205Corrosi on m echan is m of Fe 2M n a lloy i n m olten z i n cZHANG Yi 1, L I U Jun 2you 1, WU Chun 2jing 1, TI A N Guang 2xin 1, L I U J ie2(11School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technol ogy Beijing,Beijing 100083,China;21BK DR Metallurgy Engineering and Technol ogy Co L td,Beijing 100083,China )Abstract:The corr osi on behavi ors of Fe 2M n binary all oys with different content of manganese in molten zinc were studied in order t o better understand manganese ele ment how affected the for mati on and gr owth of Fe 2Zn phases .Experi m ent results show that the corr osi on mechanis m of Fe 2M n binary all oys in molten zinc is diss oluti on .The all oy with manganese content of 10wt%,shows better corr osi on resistance in molten zinc compared with the other Fe 2Mn binary all oys .The average corr osi on rate of the Fe 210Mn all oy is 5179×10-3g/(c m 2・h )and the corr osi on p r oducts consist of compact δphase layer and ζphase layer,which can sl owdown the reacti ons of Fe and Zn .W hen the manganese content up t o 15wt%,the Fe 2M n all oy exhibits the worst corr osi on resistance .The average corr osi on rate of the Fe 215M n all oy is 3164×10-2g/(c m 2・h ),and the corr osi on p r oducts exhibit a l oose corr osi on layer composed of s mall ζparticles distributedin molten zinc,causing deteri orati on of the corr osi on resistance .Key words:corr osi on mechanis m;Fe 2M n all oy;molten zinc收稿日期: 2009203212; 修订日期: 2009211205基金项目: “耐液态铝锌硅高温腐蚀的新合金材料”中小企业创新基金项目(07K W1003)作者简介: 张 艺(1983—),女,博士,从事耐锌液腐蚀和耐铝锌硅液腐蚀研究,E 2mail:zhangyi198351@s ohu .com 。
熔融Zn液对金属Ni腐蚀机理的影响李德元;黄鹤;王亚新;郑晓辉【摘要】为了研究金属Ni在熔融锌液中的失效机理,将纯Ni金属和利用等离子喷涂技术制备的Ni涂层试件分别在530℃锌液中浸蚀不同时间,并制备得到金相试样.利用扫描电子显微镜和能谱仪观察腐蚀层的组织形貌和相成分变化,利用X射线衍射仪检测了腐蚀层中的生成相.结果表明,通过反应扩散Ni与Zn在腐蚀层以层状形式生成了不同化合物,从而逐渐消耗金属并将最终导致其失效.此外,纯Ni金属在锌液中的腐蚀速率为0.00604g/(cm2·h).%In order to study the failure mechanism of metal Ni in molten zinc, the pure metal Ni and Ni coating samples prepared by plasma spraying were respectively immersed in 530℃ liquid zinc for different time, and then the metallurgical samples were prepared.The microstructural morphologies and phase constitute of corrosion layer were observed with scanning electron microscope (SEM)and energy dispersive spectrometer(EDS), and the various phases formed in the corrosion layer were detected by X raydiffractometer(XRD).The results show that through the reaction diffusion, different compounds containing Ni and Zn form with the layer shape inthe corrosion layer.And thus, the metal Ni is gradually consumed, which ultimately leads to its failure.In addition, the measured corrosion rate of pure metal Ni in liquid zinc is 0.00604g/(cm2·h).【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】6页(P258-263)【关键词】热镀锌;沉没辊;锌液;腐蚀;失效机理;等离子喷涂;Ni涂层;腐蚀速率【作者】李德元;黄鹤;王亚新;郑晓辉【作者单位】沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TG172金属Ni不仅是制造Ni合金的基础材料,更是其他合金中的合金元素.Ni还可用于制造喷涂粉末中的粘结相和防腐镀层.Ni基金属具有较高的强度和韧性[1],以及良好的抗氧化、抗化学腐蚀性能[2],因而已经成为目前应用最为广泛的金属材料之一[3],已被大量用于制造不锈钢、耐热合金钢等[4].目前,热镀锌生产线上的沉没辊等设备和一些耐锌腐蚀容器都是采用不锈钢或Ni基材料进行生产的[5-9],而生产过程中锌液环境具有强烈的腐蚀性[10-11].因此,研究Ni在锌液中的腐蚀形式及失效过程是十分必要的.有关金属Ni在锌液中的失效过程的研究甚少,多数研究集中在Ni基合金和含Ni合金材料上.王宝军等[12]研究了316不锈钢在工业锌液中的腐蚀机制,并测试得到相应的腐蚀速率为1.2×10-5 g/(cm2·h);王世卫[13]对比研究了316不锈钢和XG08钢板在具有不同Al含量的锌液中的腐蚀速率;张春华等[14]利用激光器在316L不锈钢表面制备了熔覆层,并研究了该不锈钢在锌液中的耐蚀性机理.为了研究金属Ni在熔融锌液中的失效机理,本文利用等离子喷涂技术制备了Ni 涂层,研究了Ni涂层在锌液中的失效过程.由于Ni涂层在锌液中的腐蚀过程不如纯Ni金属直观,本文优先研究了纯Ni金属在锌液中的失效机理.针对金属Ni失效机理的研究有助于制备得到耐蚀性更好的Ni基合金,因而可为耐锌蚀材料的研制奠定基础.1.1 纯Ni金属腐蚀实验实验所用纯Ni金属的纯度为99.99%,将其切割成尺寸为10 mm×10 mm×10 mm的试块.经去油污、除锈等预处理后将试块置于坩埚中,随炉加热到530 ℃后,进行静态锌液腐蚀实验.将纯Ni金属试块分别腐蚀4.5、72和153 h,随后将纯Ni金属试块切割成尺寸为10 m×10 m×2 m的片状试块,以便在光学显微镜下进行观测.腐蚀前后分别测量纯Ni金属片状试块4个不同位置的厚度,取其平均值计算腐蚀速率,其计算公式为式中:ρ为被腐蚀基体的密度;y为平均厚度损失量;t为时间.1.2 Ni涂层腐蚀实验为了模拟实际生产中的沉没辊形态,自行设计的锌腐蚀实验试件如图1所示(单位:mm).试件材料选用304不锈钢,喷涂材料采用Ni粉.试件头部为半球形,目的是保证喷涂时可以完全覆盖住试件,避免棱角处喷涂粉末覆盖不完全而形成薄弱区. 将预处理后的试件进行热喷涂处理,采用美国Praxair公司生产的JP-8000型超音速火焰(HVOF)设备喷涂打底层,具体工艺参数如表1所示.待涂层冷却后采用PARAXAIR 3710型等离子喷涂设备喷涂Ni涂层,具体工艺参数如表2所示.之后在530 ℃条件下进行静态锌液腐蚀实验,腐蚀时间分别为2.5、11和18 h.利用S-3400N型扫描电子显微镜对腐蚀层进行组织观察;利用能谱仪对腐蚀层进行成分分析;利用X射线衍射仪对腐蚀层进行相结构分析.2.1 纯Ni金属的腐蚀机制2.1.1 腐蚀层的形貌分析图2为纯Ni金属在锌液中浸蚀不同时间后的腐蚀层形貌.由图2可见,浸蚀不同时间后腐蚀层的组织形貌相似,在基体和腐蚀层之间存在明显的宏观界面.靠近基体一侧的组织细小而致密,靠近锌液一侧的组织粗大而疏松.随着腐蚀时间的延长,腐蚀层厚度相应增加.需要注意的是,厚度测量部分包括取件时挂在试件表面的Zn 液厚度.2.1.2 腐蚀层的EDS分析图3为在锌液中浸蚀153 h后的腐蚀层形貌.图3中各点的EDS分析结果如表3所示.由表3可见,由基体到Zn液Ni的含量逐渐减少,Zn的含量逐渐增加,Ni与Zn发生相互反应扩散,形成了镍锌化合物.利用能谱仪对腐蚀层成分进行定性分析,鉴定腐蚀层的相结构.结果表明,靠近基体的“白线”为一层极薄的β1相层,接着是较薄且呈颗粒状的γ1相层,然后是细小致密的γ相层,最后是呈不规则形状的δ相层且该层厚度最大.此外,靠近锌液部分的δ相与后方的δ相已分离,继而会进入锌液,锌液会腐蚀靠近基体侧的δ相(见图3c).随着腐蚀时间的增加,锌液不断向基体侧进行腐蚀,宏观表现为纯Ni金属发生腐蚀.2.1.3 腐蚀层的XRD分析图4为Ni-Zn二元相图.由图4可见,Ni与Zn存在互溶区.在实验温度下存在β1、γ1、γ和δ四种化合物相.图5为浸蚀153 h后距腐蚀层表面2/3处的XRD图谱.由图5可见,该位置存在NiZn3、Ni5Zn21、Ni3Zn22三种化合物,未检测出NiZn化合物,可能是由于该相层极薄、含量较少的缘故.Ni单原子的固体结合能大于Zn单原子,即Zn的自扩散系数较大,因而在腐蚀区域容易先形成以Ni为基的金属间化合物[15].因此,由基体到Zn液依次生成γ1(NiZn3)相、γ(Ni5Zn21)相和δ(Ni3Zn22)相.2.1.4 纯Ni金属的腐蚀速率纯Ni金属在锌液中浸蚀不同时间后的腐蚀情况如表4所示.由表4可见,试件单位时间平均厚度损失量为13.566 μm/h.纯Ni金属的密度为8.902 g/cm3,将其代入式(1),计算得到纯Ni金属的腐蚀速率为0.006 04 g/(cm2·h).2.2 Ni涂层的腐蚀机制2.2.1 Ni涂层的原始形貌图6为Ni涂层的原始形貌.由图6可见,涂层厚度比较均匀,呈现波纹状,局部区域存在个别纵向裂纹,先喷涂的Ni粉末颗粒熔化较好,呈现扁平状,后沉积的粒子形成的涂层中存在个别半熔化颗粒,总体而言Ni涂层与打底层结合良好.2.2.2 Ni涂层的腐蚀形貌图7为不同浸蚀时间下Ni涂层的低倍腐蚀形貌.图7中的SEM照片从左至右依次为:基体、打底层、尚未腐蚀的Ni涂层和腐蚀层.由图7可见,随着腐蚀时间的延长,尚未腐蚀的Ni涂层逐渐减薄,腐蚀层逐渐增厚.当腐蚀时间达到18 h时,只有局部区域仍存在尚未腐蚀的Ni涂层.2.2.3 Ni涂层的EDS分析图8为不同浸蚀时间下Ni涂层的高倍腐蚀形貌.当Ni涂层在锌液中腐蚀2.5 h后,仅生成了γ1和γ两相(见图8a、b).当Ni涂层在锌液中腐蚀11 h后,靠近基体的γ1相呈现柱状形貌;γ相出现两种结构,靠近γ1相的组织致密并呈块状,而外侧组织疏松且呈栅状;δ相粗大疏松呈不规则的多边形相貌(见图8c、d).当Ni涂层在锌液中腐蚀18 h后,Ni涂层尚存在腐蚀层,各生成相的形貌更加清晰,δ相破碎为更小的块状,形状相对规则一些,且各块状组织之间距离较远(见图8e、f).图8中各点的EDS分析结果如表5所示.结合相应的相图可知,靠近Ni涂层的为厚度很薄、Ni含量最高的γ1相层,接着是γ相层,最后为厚度较厚、含Zn量较高的δ相层.2.2.4 Ni涂层的XRD分析图9为Ni涂层浸蚀18 h后试样截面的XRD图谱.由图9可见,XRD图谱中含有NiZn3、Ni5Zn21和Ni3Zn22三种化合物.结合图8的分析可知,当浸蚀2.5 h时,反应未达到稳定状态,只生成两种化合物;当浸蚀11和18 h时,反应均达到了稳定状态,生成了三种化合物.Ni涂层受到锌液腐蚀后先后依次生成γ1(NiZn3)相、γ(Ni5Zn21)相和δ(Ni3Zn22)相,这与纯Ni金属的相关结论一致.2.3 腐蚀机理的探讨尽管纯Ni金属和Ni涂层在锌液中形成的腐蚀层形貌不同,但生成的产物一致,逐层生成不同化合物将不断消耗基体金属.由表4可知,纯Ni金属受到锌液腐蚀后,其尺寸减小、厚度减薄.Ni涂层受到锌液腐蚀后也同样会发生减薄现象.结合图2和图8的分析可知,液体Zn原子和固态Ni原子可以相互扩散,Zn原子的扩散速度高于Ni原子,因而在固态Ni表面形成了以Ni为基的金属间化合物,该化合物以层状形式分布在腐蚀层上.部分Ni原子溶解于界面前沿的锌液中,当锌液中Ni原子含量增加到相图中对应的液相成分时,会在固态Ni表面形成γ1相.随着Ni、Zn原子在γ1相中地不断扩散,在γ1相的界面前沿形成了γ相,γ相较为致密,因而可以减缓Ni、Zn原子的扩散,减慢腐蚀速度,最终在γ相的界面前沿形成了较厚的δ相,至此,Ni与Zn的反应达到平衡.由于δ相较脆,因而部分δ相会从腐蚀层上脱落并进入锌液中.通过上述实验分析可得到如下结论:1) 纯Ni金属和Ni涂层在锌液中浸蚀后均在界面处优先生成γ1(NiZn3)相、之后在γ1/Zn界面生成γ(Ni5Zn21)相,最后在γ/Zn界面生成δ(Ni3Zn22)相.2) 在Ni涂层和锌液形成的腐蚀层中γ1相层很薄且呈柱状;γ相层具有两种结构,与γ1相层相邻部分组织致密并呈块状,外部组织疏松且呈栅状;δ相组织粗大且呈不规则块状.3) 经计算纯Ni金属在锌液中的腐蚀速率为0.006 04 g/(cm2·h).【相关文献】[1]张广舒.铁磁性金属镍纳米材料的合成及性能研究 [D].长春:吉林大学,2013.(ZHANG Guang-shu.Synthesis of ferromagnetic nickel nanomaterials and their properties[D].Changchun:Jilin University,2013.)[2]武猛,晋传贵,段好伟,等.聚苯胺与金属镍粉复合导电填料的电磁屏蔽效能 [J].安徽工业大学学报(自然科学版),2010,27(3):257-261.(WU Meng,JIN Chuan-gui,DUAN Hao-wei,et al.Electromagnetic shielding effectiveness of conductive composite filler composed of metal nickel powers and conductive polyaniline [J].Journal of Anhui University of Technology(Natural Science),2010,27(3):257-261.)[3]龙亚雄.新型耐高温金属镍陶瓷复合涂层的研制 [D].长沙:中南大学,2014.(LONG Ya-xiong.The development of a novel high temperature metal nickel/ceramic composite coating [D].Changsha:Central South University,2014.)[4]蒙斌.隔膜电解法从镍基合金废料中回收金属镍的实验研究 [D].昆明:昆明理工大学,2012. (MENG Bin.Research on electrolytic recovery of metallic nickel from the nickel-based alloy scrap [D].Kunming:Kunming University of Science and Technology,2012.)[5]方宣伟,刘大为,欧阳韬源,等.热镀锌用轴套轴瓦失效分析 [J].腐蚀与防护,2015,36(5):423-426.(FANG Xuan-wei,LIU Da-wei,OUYANG Tao-yuan,et al.Failure analysis of the sleeves and bushings in hot-dip galvanizing [J].Corrosion & Protection,2015,36(5):423-426.)[6]Claudia S,Akram A.Corrosion behavior of galvanized steel due to typical soil organics [J].Construction and Building Materials,2016,102(1):904-912.[7]樊自栓.熔融锌对热镀锌沉没辊的浸蚀机理及对策 [J].热喷涂技术,2010,2(1):1-7.(FAN Zi-shuan.The mechanism and countermeasure of molten zinc corrosion of sink roll in hot-dip galvanizing bath [J].Thermal Spray Technology,2010,2(1):1-7.)[8]李德元,张广伟,李德堃,等.熔融锌对沉没辊腐蚀磨损过程的影响 [J].沈阳工业大学学报,2016,38(3):258-262.(LI De-yuan,ZHANG Guang-wei,LI De-kun,et al.Influence of molten zinc on corrosion and wear process of sink roller [J].Journal of Shenyang University of Technology,2016,38(3):258-262.)[9]Nicolas G,Catherine L,Henri S.Cross coating weight control by electromagnetic stripstabilization at the continuous galvanizing line of arcelormittal florange [J].Metallurgical and Materials Transactions,2016,47(4):2666-2680.[10]张广伟,李德元,张楠楠,等.锌液温度对热镀锌沉没辊腐蚀失效过程的影响 [J].冶金设备,2016(1):11-14.(ZHANG Guang-wei,LI De-yuan,ZHANG Nan-nan,et al.Influence of zinc liquid temperature on corrosion-resistant of sink roll in hot galvanization [J].Metallurgical Equipment,2016(1):11-14.)[11]邓春明,刘敏,曾翠丽,等.耐锌液腐蚀热喷涂涂层的研发现状[J].腐蚀科学与防护技术,2011,23(6):453-456.(DENG Chun-ming,LIU Min,ZENG Cui-li,et al.R& D status corrosion-resistant thermal spray coatings to molten zinc [J].Corrosion Science and Protection Technology,2011,23(6):453-456.)[12]王宝军,王文俊,林均品.Fe3Si和316不锈钢在工业锌液中的腐蚀机制 [J].鞍钢技术,2006(1):15-19.(WANG Bao-jun,WANG Wen-jun,LIN Jun-pin.Corrosion mechanism of Fe3Si and 316 stainless steel in industrial zinc liquid [J].Angang Technology,2006(1):15-19.)[13]王世卫.316L不锈钢在锌铝液中的腐蚀行为研究 [D].广州:华南理工大学,2013.(WANG Shi-wei.Study on corrosion behavior of 316L stainless steel sheet in molten Zn-Al[D].Guangzhou:South China University of Technology,2013.)[14]张春华,刘杰,吴臣亮,等.316L不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织及锌蚀机理[J].焊接学报,2015,36(1):19-22.(ZHANG Chun-hua,LIU Jie,WU Chen-liang,et al.Microstructure and zinc corrosion mechanism of laser cladding Co-based alloy on 316L stainless steel [J].Transactions of the China Welding Institution,2015,36(1):19-22.)[15]杨泽亮.Co-Al和Co-Zn体系界面研究 [D].青岛:中国石油大学,2007.(YANG Ze-liang.Study of interface of Co-Al and Co-Zn system [D].Qingdao:China University of Petroleum,2007.)。
铁合金腐蚀机理与材料保护研究铁合金腐蚀机理与材料保护研究铁合金作为一种重要的工程材料,广泛应用于汽车、船舶、建筑、电力等各个领域。
然而,由于环境中的氧化剂、电解质等因素的作用,铁合金在使用过程中易受腐蚀影响,降低了材料的使用寿命和性能。
因此,研究铁合金腐蚀机理和材料保护对于提高材料的腐蚀抗性和延长使用寿命具有重要意义。
铁合金腐蚀机理:铁合金的腐蚀主要是由于环境中的氧化剂和电解质在材料表面形成氧化膜,进而导致金属离子的析出和金属表面的破坏。
主要的铁合金腐蚀机理包括:电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀。
电化学腐蚀是一种重要的铁合金腐蚀方式。
其机理基于电化学原理,即利用电解质中的阳极和阴极反应,使金属表面产生氧化还原反应,进而导致腐蚀。
在电化学腐蚀中,阳极反应导致金属离子的析出,而阴极反应则消耗这些金属离子。
这种腐蚀机制通常发生在金属表面与电解质接触处。
化学腐蚀是一种非电化学腐蚀过程,主要是由化学物质直接与金属表面发生反应,形成化合物而导致材料破坏。
常见的化学腐蚀方式包括酸性腐蚀、碱性腐蚀和氧化腐蚀等。
这些化学物质具有强氧化性和还原性,能够直接与金属反应。
微生物腐蚀是一种特殊的腐蚀方式,由微生物产生的酸性物质和代谢产物对金属表面进行腐蚀。
微生物能够通过在金属表面形成薄膜,保护自身免受环境影响而繁殖。
同时,它们分泌的酸性物质和代谢产物也会对金属进行腐蚀。
铁合金材料保护方法:为了提高铁合金材料的腐蚀抗性和延长使用寿命,研究人员采取了一系列材料保护方法。
常见的材料保护方法包括有机涂层、无机涂层、电化学保护、金属表面处理和合金设计等。
有机涂层是一种常见的铁合金材料保护方式。
涂层通常由有机聚合物和防腐剂组成,能够形成一层保护膜,阻止外界氧化剂和电解质的侵蚀,从而延长材料的使用寿命。
无机涂层是另一种常用的铁合金材料保护方法。
无机涂层通常由氧化物、硅酸盐和硝酸盐等材料制成,通过在金属表面形成致密的氧化膜,阻止金属离子的析出,从而减少腐蚀。
一、概述现代工业中,表面涂层技术的发展对材料的改性以及提高材料的抗腐蚀性能具有重要的意义。
zn-ni合金镀层作为一种重要的防腐蚀涂层,在工业生产中得到了广泛的应用。
然而,zn-ni合金镀层的沉积机理以及腐蚀机理一直是研究的热点和难点。
本文将从沉积机理和腐蚀机理两个方面入手,系统地探讨zn-ni合金镀层的形成过程以及腐蚀行为,为相关研究和工程应用提供理论支持。
二、zn-ni合金镀层的沉积机理1. 电化学沉积机理众所周知,zn-ni合金涂层通过电化学沉积技术制备。
电化学沉积是利用外加电流使阳极溶液中的金属离子在阴极上析出形成金属沉积层的过程。
zn-ni合金镀层的形成主要受到电流密度、沉积时间以及阳极溶液成分等因素的影响。
其中,zn-ni合金镀层的沉积速率和合金成分的控制是关键问题。
2. 沉积机理的表面催化作用表面催化作用在zn-ni合金镀层的形成过程中起到了重要作用。
合适的表面催化剂可以有效提高zn-ni合金镀层的沉积速率和均匀性。
研究表面催化作用对zn-ni合金镀层的形成具有重要意义。
3. 形貌和结构调控形貌和结构对zn-ni合金镀层的性能具有重要影响。
通过调控沉积条件和添加合适的添加剂,可实现zn-ni合金镀层的微观结构和宏观形貌的精密控制。
三、zn-ni合金镀层的腐蚀机理1. 电化学腐蚀机理zn-ni合金镀层的耐腐蚀性能主要受到其电化学腐蚀行为的影响。
zn-ni合金镀层在不同腐蚀介质中的腐蚀行为不尽相同,对其电化学腐蚀机理进行深入研究具有重要意义。
2. 节点腐蚀机理zn-ni合金镀层在实际使用过程中容易出现节点腐蚀问题。
节点腐蚀是指在涂层表面和基材交界处发生的腐蚀现象,严重影响了zn-ni合金镀层的抗腐蚀性能。
3. 其他腐蚀问题zn-ni合金涂层在特定环境中容易发生其他形式的腐蚀,如应力腐蚀、水解腐蚀等,这些腐蚀问题对涂层的稳定性和耐久性提出了挑战。
四、结论本文从zn-ni合金镀层的沉积机理和腐蚀机理两个方面对其进行了系统的探讨。
第31卷 第1期2010年 1月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTI O NS OF MATER I A LS AND HEAT TREAT MENTVol.31 No.1January2010铁锰二元合金耐液锌腐蚀机理张 艺1, 刘俊友1, 吴春京1, 田光新1, 刘 杰2(11北京科技大学材料学系,北京 100083; 21北京北科德瑞冶金工程技术有限公司,北京 100083)摘 要:研究了四种不同M n 含量的铁锰二元合金在450℃液锌中的腐蚀行为,探讨了Mn 对铁锌反应的影响规律。
结果表明,铁锰二元合金在液锌中的腐蚀属于溶解性腐蚀。
随着锰含量的增加,腐蚀速率有较大变化。
含锰量为10wt%的合金,其腐蚀速率为5179×10-3g ・cm -2・h -1,含锰量为15wt%的合金,其腐蚀速率为3164×10-2g ・c m -2・h -1。
锰含量为10wt%时,腐蚀产物由致密的δ相层和块状的ζ相层组成,致密的较厚的δ相层的存在,降低了铁锌反应速率,合金表现出较好的耐液锌腐蚀能力,而锰含量为15wt%时,腐蚀产物由大量疏松的颗粒状ζ相分布在液锌相中组成,疏松的组织恶化了合金的耐液锌腐蚀能力。
关键词:腐蚀机理; Fe 2M n 合金; 液锌中图分类号:TG174;TG142133 文献标志码:A 文章编号:100926264(2010)0120121205Corrosi on m echan is m of Fe 2M n a lloy i n m olten z i n cZHANG Yi 1, L I U Jun 2you 1, WU Chun 2jing 1, TI A N Guang 2xin 1, L I U J ie2(11School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technol ogy Beijing,Beijing 100083,China;21BK DR Metallurgy Engineering and Technol ogy Co L td,Beijing 100083,China )Abstract:The corr osi on behavi ors of Fe 2M n binary all oys with different content of manganese in molten zinc were studied in order t o better understand manganese ele ment how affected the for mati on and gr owth of Fe 2Zn phases .Experi m ent results show that the corr osi on mechanis m of Fe 2M n binary all oys in molten zinc is diss oluti on .The all oy with manganese content of 10wt%,shows better corr osi on resistance in molten zinc compared with the other Fe 2Mn binary all oys .The average corr osi on rate of the Fe 210Mn all oy is 5179×10-3g/(c m 2・h )and the corr osi on p r oducts consist of compact δphase layer and ζphase layer,which can sl owdown the reacti ons of Fe and Zn .W hen the manganese content up t o 15wt%,the Fe 2M n all oy exhibits the worst corr osi on resistance .The average corr osi on rate of the Fe 215M n all oy is 3164×10-2g/(c m 2・h ),and the corr osi on p r oducts exhibit a l oose corr osi on layer composed of s mall ζparticles distributedin molten zinc,causing deteri orati on of the corr osi on resistance .Key words:corr osi on mechanis m;Fe 2M n all oy;molten zinc收稿日期: 2009203212; 修订日期: 2009211205基金项目: “耐液态铝锌硅高温腐蚀的新合金材料”中小企业创新基金项目(07K W1003)作者简介: 张 艺(1983—),女,博士,从事耐锌液腐蚀和耐铝锌硅液腐蚀研究,E 2mail:zhangyi198351@s ohu .com 。
钢铁腐蚀给国民经济造成巨大的损失,热镀锌作为最基本的防护手段之一,对减少这种损失发挥着重要作用[1]。
但是,由于熔融锌液的腐蚀,使得在热镀锌生产线上工作的零件,如锌锅、沉没辊、支承辊、轴承等失效严重。
一般的钢带连续热镀锌线的维修周期平均为两周,这严重阻碍了热镀锌连续化生产[2]。
锌锅中各种辊用材料一般常用316L 不锈钢材质制作[3],该材质用镍和钼较多,价格昂贵,提高了热镀锌钢带的成本。
近年来国内外一直在探索研究取代316L 的新钢种[4]。
为了研制一种以铁铬锰奥氏体代替铁铬镍奥氏体的新型耐液锌腐蚀合金,本文对不同锰含量的铁锰二元合金在450℃的熔融锌液中的腐蚀行为进行了研究,目的是确定锰对Fe 2Zn 反应的动力学和Fe 2Zn 金属间化合物的生长的影响规律,为铁铬锰合金设计提供依据。
1 试验材料及方法用工业纯铁、纯锰在10kg 容量的真空感应炉中熔炼出板坯(化学成分见表1),用线切割机加工成15mm ×10mm ×5mm 的试样。
用井式电阻炉做热源,将锌锭放入电炉中的石墨坩埚中,将炉内温度设定为450℃,待锌锭熔化后,将试样浸入锌液中,做此温度下做不同腐蚀时间的静态腐蚀试验,用此式计算相应的腐蚀速率,d w /d t =ρ・(d y /d t )・(1/2),式中的1/2是因为测量试样的厚度时,测两个面[5];d w /d t为腐蚀速率(g ・c m -2・h -1),ρ为被腐蚀基体的密度(g 材 料 热 处 理 学 报第31卷・c m -2・h -1),d y /d t 为单位时间平均厚度损失(c m ・h -1)。
利用金相显微镜(JL 202A )和扫描电镜(LEO1530VP )进行形貌观察,用能谱仪(I N CA 300)进行腐蚀层成分分析,用显微硬度计(LE I CA VMHT 230)进行厚度测量,用X 射线衍射仪(D /MAX 2RB )进行腐蚀层相确定。
表1 Fe 2M n 二元合金成分(wt%)Table 1 Co m positi on of Fe 2M n b i n ary a lloys (wt%)A ll oy Mn Fe Fe 2115Mn 1151Bal .Fe 25Mn 5105Bal .Fe 210Mn 1012Bal .Fe 215Mn15107Bal .2 试验结果和分析211 腐蚀速率图1为Fe 2Mn 二元合金在450℃锌液中腐蚀深度与腐蚀时间关系。
如图所示,由于锰含量的不同,铁锰二元合金在锌液中腐蚀深度随时间变化的曲线也各不相同,含锰量为15wt%的合金,几乎没有孕育期,腐蚀深度随腐蚀时间增加呈直线上升;含锰量为5wt%的合金,经过6h 的孕育期后,进入加速腐蚀阶段;含锰量为115wt%和10wt%的合金在腐蚀周期24h 内都在孕育期内,未出现加速腐蚀阶段。
图1 铁锰二元合金在锌液中腐蚀深度随腐蚀时间变化关系曲线Fig 11 Relati onshi p bet w een corr osi on thicknessand ti me f or Fe 2Mn binary all oys图2为Fe 2Mn 二元合金在不同腐蚀时间的腐蚀速率。
如图所示,在前6h,含锰量低于10wt%的三种图2 Fe 2M n 二元合金在不同时间段的腐蚀速率Fig 12 Corr osi on rate of Fe 2Mn binary all oys合金在此阶段腐蚀速率相当,均明显低于含锰量为15wt%的合金;在随后的时间内,含锰量为5wt%合金的腐蚀速率大大增加,而含锰量为115wt%和10wt%的合金腐蚀速率变化不大,均略有降低;在整个腐蚀周期内,随着锰含量的增加,腐蚀速率先升高后降低再升高,含锰量为15wt%时,腐蚀速率达到最大值,为3164×10-2g ・c m -2・h -1,表现出最差的耐锌腐蚀能力。
含锰量为115wt%和10wt%合金在整个腐蚀周期内表现出较好的耐锌腐蚀能力,腐蚀速率分别为4157×10-3g ・c m -2・h -1和5188×10-3g ・c m -2・h -1。
212 腐蚀层形貌及成分分析图3为不同锰含量的Fe 2Mn 二元合金浸锌后的腐蚀层显微组织照片。
表2为腐蚀层成分分析结果。
由图3可看出,含锰量为115wt%的合金浸锌后的组织与纯铁浸锌后组织基本无异,靠近基体侧为密实的δ相层,紧接着是疏松栅状的δ相层,最后是柱状的ζ相层,根据表2能谱分析结果可知,腐蚀产物中的δ相和ζ相中均不含Mn;含锰量为5wt%的合金腐蚀产物中只在δ相含有Mn;含锰量为10wt%的合金浸锌后腐蚀产物与含锰量为5wt%形貌差别不大,但含锰量为10wt%的合金δ相层更致密一些,厚度也较宽,且ζ相呈大块状,晶粒尤为粗大,且δ相和ζ相中均含有锰;含锰量15wt%的合金腐蚀产物为一层很薄的致密的δ相层加上疏松的蜂孔状的ζ相与液锌相的混合组织,且δ相和ζ相中Mn 含量较高。
213 金属间化合物相层的生长动力学图4给出了不同锰含量的铁锰二元合金在450℃锌液中反应后,δ、ζ及(δ+ζ)相层厚度与腐蚀时间的关系。
由图可看出,含锰量为10wt%和15wt%的合金的ζ层的生长在腐蚀层中占主导地位,特别是含锰量为15wt%的合金,ζ层占整个Fe 2Zn 合金层的221第1期张 艺等:铁锰二元合金耐液锌腐蚀机理图3 Fe 2Mn 合金在锌液中腐蚀产物形貌Fig 13 Op tical m icr ographs showing the mor phol ogy of corr osi on p r oducts f or Fe 2M n all oys in molten zinc bath(a )Fe 2115M n;(b )Fe 25Mn;(c )Fe 210Mn;(d )Fe 215M n表2 Fe 2M n 合金在锌液中腐蚀产物成分分析Table 2 E D S ana lysis of corrosi on products for m ed on the Fe 2M n a lloysA ll oyPositi on Mn /wt%Fe /wt%Zn /wt%Phase identificati on 1-1214087160FeZn 7(δphase )Fe 2115Mn2-918690114FeZn 7(δphase )3-615393147FeZn 13(ζphase )101891113287179(Fe,Mn )Zn 7(δphase )Fe 25Mn20165712392112FeZn 13(ζphase )3-517894122FeZn 13(ζphase )4-614693154FeZn 13(ζphase )101721016788161(Fe,Mn )Zn 7(δphase )Fe 210Mn20167717791157(Fe,Mn )Zn 7(δphase )30142514794111(Fe,Mn )Zn 13(ζphase )40145419994156(Fe,Mn )Zn 13(ζphase )111621217985159(Fe,Mn )Zn 7(δphase )Fe 215Mn21101613592164(Fe,Mn )Zn 13(ζphase )31125418793188(Fe,Mn )Zn 13(ζphase )图4 Fe 2Mn 合金与液态锌反应后的合金层厚度随反应时间的关系图Fig 14 Curves of thickness of inter metallic layer vs .corr osi on ti m e f or Fe 2Mn all oys in molten zinc bath(a )Fe 25Mn;(b )Fe 210Mn;(c )Fe 215M n95wt%以上。