含Al金屬間化合物因其優(yōu)異的抗氧化性、抗腐蝕性、抗硫化性、高比強度和高熔點等一系列優(yōu)點,在航空航天、汽車工業(yè)和氚工程系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但其室溫下氫脆問題導(dǎo)致極低的塑性使得FeAl難以加工成型,嚴重限制了其應(yīng)用與發(fā)展。因此,本文從FeAl金屬間化合物氫脆問題為出發(fā)點,著眼于室溫下氫在FeAl合金中的滲透行為開展研究,采用電化學方法研究了粉末冶金法制備的B2相FeAl的滲氫行為,系統(tǒng)性獲得了表面預(yù)處理、充氫電流對FeAl氫滲透的影響以及氫的滲透動力學行為。研究的結(jié)果為FeAl金屬間化合物的氫脆及其機制研究奠定基礎(chǔ),對完善金屬材料氫損傷理論也具有重要的意義。主要獲得以下結(jié)論:(1)與電磁熔煉法制備的FeAl合金相比,粉末冶金法制備的B2相FeAl合金具有更致密的組織,呈現(xiàn)雜質(zhì)較少,孔洞少且小的特點,且微觀組織上出現(xiàn)偏析現(xiàn)象,偏析區(qū)中出現(xiàn)了類似于珠光體的黑白相間亞結(jié)構(gòu),原因在于高溫高壓環(huán)境使得A1有聚積的傾向,同時亞結(jié)構(gòu)使得晶粒生長更大。(2)采用“化學鍍-電鍍”法對FeAl表面進行鍍Pd預(yù)處理。過長或過短時間的化學鍍會使得電鍍鍍膜不規(guī)則的生長,使得表面不平整,30min是較為理想的化學鍍處理時間。電鍍中過大的電流密度致使生長速度過快,Pd膜表面易出現(xiàn)孔洞與裂紋,而過小的電流密度則致使較慢的生長速度,致使膜表面疏松且覆蓋率不高,在電流密度為5mA/cm2可獲得了表面平整,致密無孔洞的Pd膜。(3)采用電化學方法獲得了室溫下FeAl合金的氫滲透行為。在293±2K下,氫在B2相FeAl中的氫滲透通量,氫擴散系數(shù)與氫溶解度伴隨著充氫電流的增加而增大。在0.318A/cm2的電流密度下,氫在B2相FeAl中的有效擴散系數(shù)和溶解度分別是1.610×10-6cm2/s和9.898×10-6mol/cm3,與文獻報道結(jié)果一致。(4)基于I-P-Z動力學模型獲得了 FeAl中氫滲透動力學行為。氫在FeAl表面吸附反應(yīng)速率常數(shù)為7.939×10-10 mol·cm-3·s-1,脫附反應(yīng)速率常數(shù)為3.043×10-7mol·cm-3·s-1。脫附反應(yīng)速率常數(shù)遠大于吸附反應(yīng)速率常數(shù),這表明氫在B2相FeAl表面吸附滲入的過程是緩慢的,充氫端表面的H多數(shù)結(jié)合為H2逸出,極少數(shù)的H才能滲入FeAl中。
【學位單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TF125
【部分圖文】：

，??在保持金屬基本特性的同時，也形成了與一般金屬不同的獨特性質(zhì)。在合金體系中，一??定范圍內(nèi)組成可變的特點使得金屬間化合物的原子鍵合方式和晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣化，導(dǎo)??致了金屬間化合物許多獨特的物理性質(zhì)以及化學性質(zhì)。這些性質(zhì)已日益受到人們的關(guān)注，??不少金屬間化合物已作為新的功能材料正在被廣泛的開發(fā)及應(yīng)用。例如具有超導(dǎo)性質(zhì)的??Ｎｂ３Ｇｅ與Ｎｂ３Ａｌ，被廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料ＧａＡｓ與ＩｎＴｅ，形狀記憶特性、超彈性和消??振性的ＴｉＮｉ，?ＣｕＺｎ，ＣｕＳｉ以及具有優(yōu)異永磁性能的Ｃｅ，Ｌａ，?Ｓｍ等稀有元素與Ｃｏ的化??合物［１］。??其中，Ｔｉ－Ａｌ，Ｃｏ－Ａｌ，Ｎｉ－Ａｌ，?Ｆｅ－Ａｌ等含Ａ１的金屬間化合物具有高熔點，低密度??的優(yōu)點（圖１．１中與ＣＭＳＸ－４鎳基合金比較，ＣＭＳＸ－４鎳基合金的熔點約為］４５０°Ｃ，??密度約為８．７ｇ／ｃｍ３，延伸率約為３％）?［２＿５］，在材料，能源以及化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)??用。Ｔｉ－Ａｌ常因其超高的比強度被用作飛機的骨架與航空發(fā)動機殼體，Ｃｏ－Ａｌ強鐵磁性??的特點常被用作磁感應(yīng)部件，Ｎｉ－Ａｌ的耐腐蝕的特性非常適用于熔鹽結(jié)構(gòu)設(shè)備和油液閥??門等腐蝕環(huán)境。而Ｆｅ－Ａｌ除了有較高的熔點，較高的比強度和優(yōu)異的抗氧化、抗硫化??等共有的特性之外，還具有低成本，低密度和順磁性等獨特的性質(zhì)，使得Ｆｅ－Ａｌ在航??空航天，化工，機械，能源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，例如熔爐裝置和熱交換管道??等高溫材料，內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)材料以及硫化設(shè)施的內(nèi)壁材料［６＿８］。??

Ｂ２相ＦｅＡｌ的電化學氫滲透行為研究被還原為氫原子（Ｈ）并附著在ＦｅＡｌ的表面。表面上的Ｈ?—部Ｈ２，脫離ＦｅＡｌ的表面逸散到空中；而另一部分Ｈ從ＦｅＡｌ的表面滲附著態(tài)（Ｈａｄｓ）轉(zhuǎn)變滲入態(tài)（Ｈａｂｓ），這一過程就宏觀表現(xiàn)在氫的氫在ＦｅＡｌ體相中的擴散對于ＦｅＡｌ的氫脆問題有著重要的意義。透行為領(lǐng)域還存在一些問題，首先是氫在ＦｅＡｌ中擴散系數(shù)的數(shù)數(shù)不同影響因素的研宄也很匱乏；其次是測量的不準確性，不同比差距較大，不同的研究人員測出的擴散系數(shù)也是不同的，樣品最后氫在ＦｅＡ丨內(nèi)部擴散機制的研究仍不全面，暫時沒有一套成擴散行為。??

焦于Ｆｅ３Ａｌ、ＦｅＡｌ兩種金屬間化合物。??Ｆｅ－Ａｌ二元體系第一個被人們所熟知的相圖是在１９８２年測定并繪制出的這張相??圖（圖１．５）清晰的標明了六種金屬間化合物的組成比例范圍。在相圖的低溫區(qū)域（低于??６００°Ｃ）隨著Ａ１含量的升高可劃分為三個區(qū)域，Ａ１含量從０％到１８．５％是鐵磁性的ａＦｅ；??低于５４５°Ｃ且ＡＩ含量在２５％左右生成的是Ｆｅ３Ａｌ，即００３相；到更高的Ａ１含量就是??ＦｅＡｌ，即Ｂ２相。Ｂ２相的ＦｅＡｌ相較與Ｄ〇４＿＜ｊＦｅ３Ａｌ有著更高的鋁含量，這一點的差??別是兩相性能差別的主要原因之…。??１６００?－?＇一―?＿?？?．?，?ｎ??如卞—??Ｌｉｑｕｉｄ??１４００?ｒｘ?．?ｉ?ｉ?ｉｉ??Ｐ?１２００?＼?（ａＦｅｒ?Ｉ??Ｓ?ｆ?Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ?／?）＿??ｒ七?／??藝?８００－?／?ＦｅＡ，?？?：：：：：：?＼??＾?／?：?：！?：：：：??６００?—?＜?Ｐｅｒ?：?：：?：：Ｍ?＊ＵＣ?（Ａｔ）－??＜ｕＦｅ＞?？?＞ｉ?＞ｉ?ｕ??＇Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ／?；?＼＾?＼?＇?？?］?？?？??４００?（?／?：?ｉｉ?：；ｉ??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??Ｆｅ?ａｔ．％?Ａｌ?Ａｌ??圖１．５?Ｆｅ－Ａｌ二元金屬間化合物相圖（虛線為尚未確定的邊界）＾??１．２．１?ＦｅＡｌ的晶體結(jié)構(gòu)??Ｆｅ－Ａｌ二元相圖中不同的相有著不同的結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)的角度來說，Ｂ２相與Ｄ〇３相都??是體心立方的結(jié)構(gòu)
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 張桂凱;李炬;陳長安;黃志勇;凌國平;;FeAl/Al_2O_3阻氚層的制備新方法與性能[J];稀有金屬材料與工程;2011年06期

2 宋海霞;吳運新;鞏前明;袁帥;;B_2型FeAl金屬間化合物的制備及性能研究進展[J];粉末冶金技術(shù);2009年05期

3 高海燕;賀躍輝;沈培智;江垚;黃伯云;徐南平;;FeAl金屬間化合物多孔材料的制備[J];材料研究學報;2008年05期

4 望斌;彭志方;張凡;夏力;;粉末冶金制備Fe-Al金屬間化合物材料研究進展[J];材料導(dǎo)報;2007年01期

5 王興慶,呂海波;粉末冶金法制取Fe-Al金屬間化合物的研究[J];上海大學學報(自然科學版);2000年06期

6 陳國良;金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J];材料導(dǎo)報;2000年09期

7 梁廣川,劉文西;FeAl合金研究進展評述[J];材料導(dǎo)報;1999年02期

本文編號：2858995