Fe<,3>Al基材料海水中腐蚀特性及其表面改性的研究
Fe-Al金属间化合物作为一种新型的高温结构材料，有很多优良的性能，由于比传统的不锈钢材具有比较低的成本，使其可能成为新一代海洋耐腐蚀材料。但对Fe<,3>Al基合金及其复合材料的耐海水腐蚀性能及其表面电化学动力学研究则少有人问津，而对Fe<,3>Al表面进行化学转化膜处理的工作尚未见报道。因此，对Fe<,3>Al的耐腐蚀性和表面处理进行研究具有十分重要的意义。
本论文的主要目的一方面是研究Fe<,3>Al基材料在海水中的腐蚀电化学行为，并对其腐蚀机理进行探讨，另一方面研究Fe<,3>Al表面处理方法，以期找到较好的防腐蚀手段。为了改善Fe<,3>Al的耐腐蚀性，本文研究了两种新型绿色环保的表面处理方法：稀土转化膜和疏水膜。
本文首先研究了铸造Fe<,3>Al(3﹪Cr)、Fe<,3>Al(5﹪Cr)和粉末冶金纯质Fe<,3>Al的耐腐蚀特性，并与Q235低碳钢和304不锈钢进行对比，并研究了含Fe<,3>Al分别为75﹪，50﹪，30﹪的Fe<,3>Al/ZrO<,2>复合材料的耐腐蚀性能。通过电化学阻抗、电化学极化技术和腐蚀失重研究了Fe<,3>Al基材料在海水中的耐腐蚀特性，并结合SEM和视频显微镜等表面观察技术探讨Fe<,3>Al基材料的腐蚀机理。各项实验结果显示，在自然海水中，含5﹪Cr的Fe3Al耐腐蚀性最好，与304不锈钢相当，而含3﹪Cr的Fe<,3>Al与粉末冶金Fe<,3>AI耐腐蚀性相差不大，但都好于Q235。Fe<,3>Al表面腐蚀方式主要是点蚀，基材本身的气孔是造成严重点蚀的重要原因。对于不同ZrO<,2>含量的Fe<,3>Al基复合材料的耐蚀性能，随着ZrO<,2>含量的增加，复合材料的自腐蚀电位升高，钝化区间消失，腐蚀速度上升，复合材料由于Fe<,3>Al含量较少，不能形成具有保护作用的完整钝化膜，腐蚀方式主要是选择性腐蚀，Fe<,3>Al作为阳极相优先被腐蚀。
通过CeCl<,3>溶液浸泡成膜在Fe<,3>Al试样表面形成铈转化膜，利用失重实验和电化学测试方法表明形成的铈转化膜具有良好的耐蚀性能。利用正交优化实验，确定了最优成膜工艺为CeCl<,3>：10g/L；H<,2>O<,2>：3g/L；T：50℃；t：1h，在Fe<,3>Al3﹪Cr、Fe<,3>Al5﹪Cr和活化后的Fe<,3>Al5﹪Cr表面成功的实现了铈转化膜，并通过电化学测试方法证明了转化膜的耐蚀效果良好。用金相显微镜观察了铈转化膜的表面形貌，当H202浓度较高时，成膜速度较快，形成的膜层较为疏松。通过计算说明了Fe<,3>Al表面铈转化膜的成膜机理。初步探讨了Fe<,3>Al表面铈转化膜的缓蚀机理，对表面存在钝化膜的试样其缓蚀机理是主要是阳极保护，而对表面没有钝化膜的试样其主要的缓蚀机理是覆盖作用。利用自组装技术在Fe<,3>Al(3％Cr)表面生成了十四烷酸膜层，并通过接触角测量和SEM进行了表征，结果表明该膜层具有和荷叶相似的结构且对海水的接触角可达150°以上。利用电化学阻抗谱和失重法对Fe<,3>Al和超疏水膜改性的Fe<,3>Al在海水的腐蚀行为进行了分析，结果表明表面改性的Fe<,3>Al在海水中的腐蚀速率明显降低，这说明超疏水表面可在一定程度上抑制Fe<,3>Al的海水腐蚀过程。
金属间化合物;海水腐蚀;铈转化膜;超疏水膜;耐腐蚀材料;电化学动力学
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
尹衍升
2007
中文
TG172.5
66
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）