Mo对铁基块体非晶合金Fe71.2-xC7.0Si3.3B5.5P8.7Cr2.3Al2.0Mox腐蚀性能的影响

Ｆｅｂ．２０１０　ＶＯＩ．５９　ＮＯ．２　铸　造　ＦＯＵＮＤＲＹ　・１４５・　

Ｍ　ｏ对铁基块体非晶合金Ｆｅ７１．　７．０Ｓ　ｉ３３Ｂ　５．５Ｐ＆７Ｃ　ｒｚ３ＡＩ２ｏＭ　ｏｘ　

腐蚀性能的影响　

李宏祥　，许风光　，王善林　，李承熏　

（１．江苏工业学院材料科学与工程学院，江苏常州２１３１６４；２．北京科技大学应用科学学院，北京１０００８３；　３．庆北国立大学材料科学及冶金系，韩国大邱７０２—７０１）　

摘要：系统研究了３．５％ＮａＣ１和１ＮＨＣＩ两种溶液中Ｍｏ对工业原材料制备的块体非晶合金Ｆｅ　ｃ７ｏＳｉ３　５５Ｐ８　ｒ　Ａｌ２ｏＭｏ．的　抗腐蚀性能的影响，结果发现随着Ｍｏ含量的增加，两种溶液中均表现出抗腐蚀性能的增强。其中　Ｆｅ　ｏＳｉ　３Ｂ　５Ｐ　４Ｓｔ　Ａｌ　ｏＭｏ　块体非晶合金因为其最低的钝化电流、最高的临界钝化电位、最低的腐蚀速率而表现出最　高的抗腐蚀能力。抗腐蚀性能随着Ｍｏ含量增加而增强，其可能的原因包括：化学和结构均匀单相固溶体的形成；样品　表面形成了富ｃｒ的钝化膜，而Ｍｏ则在钝化过程中进一步阻止了Ｃｒ的溶解；ＭｏＯ　及其他的复合钝化膜的形成以及Ｍｏ的　添加在ｃｌ一离子介质中所引起的抗点蚀能力的增强。　

关键词：工业生铁；铁基块体金属玻璃；玻璃形成能力；腐蚀性能　

中图分类号：ＴＧ１４６．１　１文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０１０）０２—０１４５—０４　

Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ　ｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｂｕｌｋ　

Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｇｌａｓｓ　Ｆｅ７１．２－　７．０Ｓｉ　３Ｉ３Ｂ　５．５Ｐ８．７Ｃｒ２．３Ａｌ２０Ｍｏｘ　

ＬＩ　Ｈｏｎｇ—ｘｉａｎｇ’，ＸＵ　Ｆｅｎｇ—ｇｕａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｓｈａｎ—ｌｉｎ。，ＹＩ　Ｓｅｏｎｇ—ｈｏｏｎ。　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３１６４，　Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８３，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，　Ｋｙｕｎｇｐｏｏｋ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｅｇｕ　７０２—７０１，Ｋｏｒｅａ）　．　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＭＯ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｂｕｌｋ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｇｌａｓｓｅｓ　Ｆｅ７１Ｉ２＿￣７．０Ｓｉ３３Ｂ５．５Ｐ８．７Ｃｒ２３ＡＩ２．ｏＭｏ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　３．５％ＮａＣｌ　ａｎｄ　１　Ｎ　ＨＣＩ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｉＩｌ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　Ｍｏ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ．Ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ａｌｌｏｙｓ，Ｆｅ￣．ＴＣ７．０Ｓｉａ３Ｂ５．５Ｐ＆７ｃｒ２９ＡＩ２０Ｍｏ＆５　ｅｘｈｉｂｉｔｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｉｏｗｅｓｔ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ．ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｓｔ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗＵＩ　ｂｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　Ｍｏ．ｗｈｉｃｈ　ｉＳ　ｍａｉｎｌｙ　ａＲｒｉｂｕｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｒｅａｓｏｎｓ：ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｙ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｓｉｎｇｌｅ．ｐｈａｓｅ　ｓｏｌｉｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃ卜ｒｉｃｈ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ　ｆｊＩｍ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｄａｃｅ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｅｓ．ｗｈｉｌｅ　ＭＯ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｐｒｅｖｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｒ　ｄｕｒｉｎｇ　ｐａｓｓｉｖｉｔｙ；ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭｏＯ３　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ俐ｍ：ｔｈｅ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｉｔｔｉｎｇ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｏ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｉｇ　ｉｒｏｎ；Ｆｅ—ｂａｓｅｄ　ｂｕｌｋ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｇｌａｓｓ；ｇｌａｓｓ￣ｒｍｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　

近年来，研究如何在基体材料上沉积高性能的涂层　

一直是表面工程领域研究的热点问题。而非晶合金因为　

具备高耐蚀性、高耐磨性的特点，无疑可以成为涂层研　

究中非常优异的备选材料『ｌ　。我们使用工业生铁配以　

其他的工业铁合金已经开发出高Ｍｏ含量和高玻璃形成　

能力的全非晶棒材［４］，根据以往的经验，高Ｍｏ含量将　

有可能使得该材料具有非常优异的抗腐蚀性能，结合　

其高的玻璃形成能力，那么该材料将可能作为优异的　

涂层材料选用，这将不失为很有意义的研究工作。因　此，本文着重探讨了在３．５％ＮａＣ１和１Ｎ　ＨＣ１两种溶液中　

Ｆｅ７ｌ　２＿ｘＣ　Ｓｉ３３１３　＆７ＣｒｚＡｌ２０Ｍｏ块体非晶合金的腐蚀性能，　

结果发现随着Ｍｏ含量的增加，两种溶液中均表现出抗　

腐蚀性能的增强。其中Ｆｅ６４７Ｃ７　０Ｓｉ３３Ｂ５５Ｐ８　７Ｃｒ２　ｌ２ｏＭｏ６　５　

块体非晶合金因为其最低的钝化电流、最高的临界钝　

化电位、最低的腐蚀速率而表现出最高的抗腐蚀能力。　

１　试验过程　

试验成分为Ｆｅ７ｌ知Ｃ加ｓｉ３３Ｂ　Ｒ７Ｃｒｚ３ＡｌｚｏＭｏｘ　＝０．６．５），　

收稿日期：２００９￣？８－２０收到初稿，２００９—１０—１０收到修订稿。　作者简介：李宏祥（１９７４一），男，辽宁铁岭人，研究员，研究方向为亚稳定金属材料。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｘｌｉ＠ｊｐｕ．ｅｄｕ．

ｃｎ　・１４６・　ＦＯＵＮＤＲＹ　Ｆｏｂ．２０１０　Ｖｏ１．５９　Ｎ０．２　

将工业生铁、Ｆｅ—Ｐ、Ｆｅ　Ｂ、Ｆｅ．Ｃｒ合金以及商业梯度的　

Ｓｉ、Ｍｏ、Ａ１等元素，按名义成分配制预合金，利用真　

空电弧炉熔炼成母合金锭，然后采用水冷铜模吸铸方　

法制备直径为２　ｍｍ的圆柱试棒。试验所用的工业生铁　

和其他铁合金的化学成分如表１所示。用ｘ射线衍射　

（Ⅺ　，Ｃｕ—Ｉ（０）分析样品的相结构。用Ｐｅｒｋｉｎ—Ｅｌｍｅｒ　

ＤＳＣ７差热扫描分析仪（ＤＳＣ）研究样品的热稳定性，　

加热速度为４０　Ｋ／ｍｉｎ。电化学试验采用三电极体系，工　

作电极为铁基金属玻璃样品，参比电极和辅助电极分别　为饱和甘汞电极（ＳＣＥ）和石墨电极，试验介质是用分　

析纯试剂和蒸馏水配制组成的３．５％ＮａＣＩ和１Ｎ　ＨＣ１两种　

溶液。样品非工作面用环氧树脂密封，工作面机械抛光　

至镜面。在室温下，利用动电位极化法测试各样品在试　

验介质中的电流．电位曲线，扫描速度为５０　ｍＶｍｉｎ一。　

腐蚀速率的测量采用失重法，浸泡温度为２９８　Ｋ，浸泡　

时间为２４０　ｈ，浸泡以后样品用蒸馏水洗净、吹干，使　

用精度为１０　ｇ的天平测量重量损失，并且采用扫描电　

镜（ＳＥＭ）观察腐蚀样品的表面形貌。　

表１试验中所使用的工业原材料的化学成分　

Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｗｓＰ／ｏ　

注：商业梯度元素　（Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｏ）＞９５％。　

２试验结果与讨论　

Ｆｅ７，　Ｃ　０Ｓｉ　Ｂ　５Ｐ　７Ｃｒ２　ｌ　。基础成分，使用商业梯度　

纯元素Ｂ和ｃｒ，其余原料不变，最大吸铸全非晶试棒直　

径为３　ｍｍ，这个结果在作者以前的文章中报道过圈。本　

次试验尽管使用了工业Ｆｅ．Ｂ、Ｆｅ—Ｃｒ合金代替了商业梯　

度纯元素Ｂ和Ｃｒ，但是３　ｍｍ的全非晶试棒仍然可以获　

得，由此证明本次试验所使用的工业Ｆｅ．Ｂ、Ｆｅ．ｃ哈金中　

包含的杂质对于铁基块体非晶合金的形成能力影响不大。　

根据日本东北大学的Ｉｎｏｕｅ￣授提出的经典的三项试验规　

则同，Ｍｏ元素和基础成分的各个元素如Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ、　

Ｐ、Ｃｒ、Ａ１等具有比较大的原子尺寸差别，而且相ＬＬＦｅ　

和类金属，Ｍｏ和类金属具有更大的负混合焓（Ｂ．Ｍｏ：　

～３４　ｋＪ／ｍｏ！；Ｂ．Ｆｅ：－２６　ｋＪ／ｍｏｌ；Ｓｉ—Ｍｏ：一３５　ｋＪ／ｍｏｌ；　

Ｓｉ．Ｆｅ：－２６　ｋＪ／ｍｏｌ；Ｃ—Ｍｏ：－２　ｋＪ／ｍｏｌ；Ｃ—Ｆｅ：０　ｋＪ／ｍｏｌ；　Ｐ　Ｍｏ：一５３．５　ｋＪ／ｍｏｌ；Ｐ．Ｆｅ：一３９．５　ｋＪ／ｍｏ１），所以适　

当的Ｍｏ添加到上述基础成分Ｆｅ　｝－２Ｃ，０Ｓｉ３．３Ｂ５．　８．７Ｃｒ２Ａｌ２．ｏ　

中将可以增强玻璃形成能力，文章［４】报道了上述Ｍｏ　

添加的玻璃形成能力的结果，最大全非晶直径可以达　

到６　ｉｎｔｏ。本文腐蚀试验选择直径２　ｍｍ的圆柱状试　

棒，其全非晶的本质可以从图１看出来。图１ａ列举了　

不同Ｍｏ含量下吸铸的２　ｍｍ试棒的典型的ＸＲＤ图谱，　

可以看出，各个成分在２０＝－４４。附近表现出典型的漫散　

射峰，没有观察到任何相应的结晶峰的存在。图１ｂ所　

示各个Ｍｏ含量下使用２　１１１１１１试棒测得的典型的ＤＳＣ曲　

线，可以看出随着Ｍｏ含量的增加，表现出玻璃转变温　

度（　和结晶开始温度（　的同时提高，相应的过　

冷液相区△　（△　＝　一　也随着Ｍｏ含量的增加而增　

大，故过冷液相区的宽度△　在本例中将不能用来判别　

此合金系的玻璃形成能力。　

２０／（。）　温度　（ａ）ＸＲＤ　（ｂ）ＤＳＣ　图１　Ｆｅ　Ｃ，。Ｓｉ，　５Ｐ　７Ｃｒ：　１２０Ｍ饥（ｘ＝０—６．５）块体金属玻璃的ＸＲＤ和ＤＳＣ曲线　

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ＸＲＤ　ａｎｄ　ＤＳＣ　Ｃｔｌｌ＇ＶｅＳ　ｏｆＦｅ７　Ｃ　。ｓｉ３　５　５Ｐ￣ＴＣｒｚ３ＡｌｚｏＭｏ，　：０—６．５）ｂｕｌｋ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｇｌａｓｓｅｓ　

腐蚀试验采用浸泡法测量样品的重量损失以及动　

态电化学极化曲线两种方式进行。浸泡采用２　ｌｌｌｍ全部　

非晶试棒，在１Ｎ　ＨＣＩ中进行，如前面所述浸泡时间为　

２４０　ｈ。腐蚀速率采用如下公式计算用：　

＝（３．４５￣１０　）／（０・ｄ・ｔ）　（１）　式中：　为腐蚀速率；加为浸泡中的重量损失，ｇ；口为表　

面积，ｃｍ　；ｄ为样品密度，ｇ／ｃｍ　；　为浸泡时间，ｈ。依　

据上面的公式，我们对各个Ｍｏ含量的样品在１Ｎ　ＨＣ１中的　

腐蚀速率进行了计算，结果如图２所示。从图２可以看出，　

相比ｓｕｓ３Ｏ４不锈钢而言，非晶合金因为形成了化学和结