【摘要】：針對熱浸鍍鋅內(nèi)加熱保護套管材料的腐蝕問題,采用機械合金化-退火處理工藝制備Fe-Si金屬間化合物,研究了不同F(xiàn)e、Si原子比對金屬間化合物相成分和耐鋅液腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:不同F(xiàn)e、Si原子比的粉末經(jīng)球磨-退火后都能得到Fe-Si金屬間化合物。由于含有較多的Fe Si致密相,Fe、Si原子比為1∶3的試樣具有良好的耐鋅液腐蝕性能。
【圖文】：

腐蝕行為和失效形式。選用試樣腐蝕前后的質(zhì)量變化評價Fe-Si金屬間化合物耐液鋅腐蝕程度，利用式（1）計算腐蝕速率。V=（m0-m1）/（S·t）（1）式中：V為腐蝕速率，g/（m2·h）；m0為試樣初始質(zhì)量，g；m1為試樣腐蝕后質(zhì)量，g；S為試樣表面積，m2；t為試樣腐蝕時間，h。采用S-4800型場發(fā)射掃描電鏡和能譜儀觀察試樣腐蝕后的微觀形貌以及元素分布狀態(tài)。2試驗結(jié)果與討論2.1不同原子比對合金粉末相組成和微觀形貌的影響在機械合金化過程中，不同F(xiàn)e、Si原子比對最終合金粉末相組成有重要影響。圖1（a）為通過球磨工藝制備的不同F(xiàn)e-Si原子比合金粉末的XRD圖。可看出，經(jīng)過30h球磨，在Fe∶Si為3∶1的圖中，Si衍射峰消失，F(xiàn)e的衍射峰向高角度偏移，充分證明在球磨過程中Fe-Si粉末發(fā)生合金化反應，形成了α-Fe（Si）固溶體。然而Fe-Si原子比為1∶1和1∶3試樣，XRD中除了Fe的衍射峰，還存在Si的衍射峰，而且隨著Si原子比例的增多，Si衍射峰逐漸變強。這說明，采用機械合金化制備Fe-Si金屬間化合物，Si原子能固溶在Fe的晶格中，形成過飽和固溶體α-Fe（Si）。當Si原子含量超過一定量（1∶1和1∶3）時，機械合金化產(chǎn)物中包含α-Fe（Si）和Si相。圖1（b）為機械合金化產(chǎn)物在950℃退火后的XRD圖譜�？煽闯�，經(jīng)過退火處理后，F(xiàn)e（Si）固溶體及剩余的Si都生成了金屬間化合物。Fe∶Si原子比為3∶1的試樣退火后生成了Fe5Si3和Fe3Si相，原子比為1∶1和1∶3的試樣退火后生成FeSi、Fe5Si3和Fe3Si相。退火一方面可實現(xiàn)Fe、Si的固相反應，另一方面是消除機械合金化存在的晶格缺陷。圖2為Fe∶Si原子比分別為3∶1、1∶1、1∶3粉末球磨30h后的SEM圖�？梢�，不同原子比粉末球磨后都得到了較好的細化?

HotWorkingTechnology2017,Vol.46,No.20(d)1∶3(a)3∶1(e)Fe(b)Fe(f)Si(c)Si5μm5μm圖4不同F(xiàn)e、Si原子比試樣在鋅液中腐蝕96h后斷面形貌和元素平面分布圖Fig.4Fracturedcross-sectionalmorphologiesofsampleswithdifferentFetoSiatomicratiosaftercorrosionfor96hinmoltenzincanditselementsurfacedistributionimages(a)3∶1(b)1∶1(c)1∶35μm圖2不同F(xiàn)e-Si原子比粉末球磨30h后的顯微形貌Fig.2MicrostructureofpowderwithdifferentFetoSiatomicratiosafterballmillingfor30h5μm5μm漸趨于球形顆粒，即Fe-Si原子比為1∶3時，粉末顆粒主要以類球形為主。在球磨過程中，F(xiàn)e-Si混合粉末中的Fe相在與磨球撞擊時發(fā)生塑性變形；而脆性的Si相形成超細粉末，團聚在Fe粉表面，可降低系統(tǒng)的自由能，形成Si包覆Fe的合金顆粒，如圖2（a）所示。在球磨過程中，F(xiàn)e顆粒之間會出現(xiàn)焊合。Si原子含量過高時，超細Si顆粒能抑制Fe的延展變形，加速Fe的斷裂。冷焊與斷裂基本達到平衡，顆粒在不斷的斷裂、焊合后形狀呈現(xiàn)類球形，如圖2（c）所示。2.2耐腐蝕性能分析圖3為不同F(xiàn)e、Si原子比試樣在鋅液中的腐蝕速率�？芍�，隨著腐蝕時間的延長，，F(xiàn)e-Si金屬間化合物試樣的腐蝕程度基本都是不斷的加深，只是隨著時間的增長，腐蝕速度逐漸下降。其中Fe、Si原子比3∶1的試樣腐蝕速度最快，F(xiàn)e、Si原子比為1∶3試樣腐蝕最慢�？煽闯觯F硅金屬間化合物中Si原子含量越高，試樣耐鋅液腐蝕性能越好。結(jié)合XRD結(jié)果分析，F(xiàn)e、Si原子比為3∶1試樣主要由Fe3Si和Fe5Si3兩種相組成；而Fe、Si原子比為1∶3試樣由Fe3Si、Fe5Si3和FeSi相組成，F(xiàn)eSi相較為致密，在Fe-Si金屬間化合物耐鋅液腐蝕性能中起著關鍵作用。2.3腐蝕形貌分析圖4為F
【作者單位】： 西安石油大學材料科學與工程學院;
【基金】：華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室開放基金項目(P2017-005) 西安石油大學《材料科學與工程》省級優(yōu)勢學科資助項目(YS37020203)
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2524730