D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2001.03.036 第23卷第3期 北京科技大学学报 VoL.23 No.3 2001年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2001 FeAl基合金在模拟汽车尾气气氛中的 腐蚀行为 高德春 杨王玥 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了Fe-28A-5Cr,Fe-28A1-5Cr0.5Nb0.1C合金及其采用钨极氩弧焊焊接的FeAl 基合金焊缝，在模拟汽车尾气气氛中的腐蚀行为，分析了腐蚀产物的组成及形成机理，并与目 前在汽车尾气系统应用的A3低碳钢及1Ct18Ni9不锈钢进行对比.结果表明，由于在实验条件 下F©Al基合金及其焊缝表面形成了一层致密的Al,O,氧化膜，与不锈钢相同，显示出优良的抗 蚀性能.与此相对比，由于A3钢表面形成疏松的F®zO,膜容易剥落，而使腐蚀加剧. 关键词汽车尾气；FeAl;腐蚀 分类号U465 通过对Fe,Al基合金可焊性、超塑性变形行 802.9gkm,生成CO,HC消耗的碳量为 为及大体积材料制备的研究1，该合金作为结 2.02molm,生成C02的量为65.5g/km,水蒸汽 构材料应用成为可能.许多研究已显示出它优 60.4gkam.尾气成分为：以质量分数(%)计，C02 异的抗氧化性5，及在富氧含硫气氛的有色冶 一8.16，C0-2.93,H0(g)-7.52,HC-1.92, 炼系统后处理系统中比不锈钢优异的抗硫蚀性 HCH00.007,N00.05,N2一78.4；以原子分数 能阿.为进一步探索拓宽其应用范围，设计模拟 (%)计，C02—5.02,C0-2.83,H0-11.31,HC- 汽车尾气气氛的恶劣环境进行几种材料的对比 4.00,HCH00.008,N0.0.046,Nz-76.78. 实验，考察它们的腐蚀行为 由北京分析仪器厂配制混合气体，由于受 配制气体的限制，忽略了HC,HCHO和NO的含 1实验方法 量，这对气氛的腐蚀性能不会造成很大影响.实 际配制气体成分为（体积分数)：(C02)4.67%, 1.1模拟汽车尾气气氛的估算m 为了设计汽车尾气气氛，首先对汽车排气 (C0=2.88%,pH20(g)=11.31%,p(N2)-81.4%. 情况进行估算.这里以轻型汽车为例，汽油机按 12实验材料制备与实验设备 10工况标准四，其主要的有害尾气含量为：未燃 实验所用的材料：Fe28Al-5Cr0.5Nb0.1C 碳氢(HC)15.4g/kam,碳烟(soot)微量，碳氢的不 和Fe-28A1-5Cr热轧薄板；以Fe-28A1-5Cr- 完全氧化物(HCHO)0.056gkm,一氧化碳(CO) 0.5Nb0.1C为基体，中低碳CrMo钢FCM焊丝 23.5g/km,氮氧化合物(NO.)0.41g/km 为填充料的钨极氩弧焊焊件(Weldment);和对比 假设所用燃料为辛烷CH,过量空气系数 材料商用低碳钢A3钢和奥氏体不锈钢 =1,燃料燃烧反应方程式为： 1Cr18Ni9.将上述5种材料分别切取尺寸为 CH1+12.502=8C02+9H20, 20mm×15mm×(1.5-2)mm的试样，磨光并采用 对于1 mol C.His燃料需12.5molO2,所需要的空 超声波清洗，盛装试样的坩埚也用超声波清洗， 在Meller2240电子天平上称取试样质量，将试样 气总量为1716.7g,假设100km需要燃料5kg 即需要的空气为752.9g/am,排出的气体总量为 放入坩埚中，模拟尾气气氛实验设备的示意图 见图1，通氩气保护，升温到600℃，将试样与坩 收稿日期2000-12-27高德春男，32岁，博士 埚一并放入石英管中，通入腐蚀气氛，经过一定 *福特（中国）发展基金资助项目QNo.971516) 时间以后，取出坩埚，称量试样和坩埚的质量.第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 比 饱 吸汀 基合金在模拟汽车尾气气氛 中的 腐蚀行为 停德春 杨 王朋 北京科技大学材料科学与工程学院 ，北京 摘 要 研究 了 ， 卜 闷 ， 卜刁 合金及其采用钨极氢弧焊焊接的 基合金焊缝 ， 在模拟汽车尾气气氛中的腐蚀行为 ， 分析 了腐蚀产物的组成及形成机理 ， 并与 目 前在汽车尾气系统应用 的 低碳钢及 不锈钢进行对 比 ， 结果表明 ， 由于在实验条件 下 基合金及其焊缝表面形成 了一层致密的 ， 氧化膜 ， 与不锈钢相 同 ， 显示 出优 良的抗 蚀性能 与此相对 比 ， 由于 钢表面形成疏松的 份 膜容易剥落 ， 而使腐蚀加剧 关健词 汽车尾气 街 腐蚀 分类号 通过对 基合金可焊性 、 超塑性变形行 为及大体积材料制备的研究 〕 ， 该合金作为结 构材料应用 成为可能 许多研究 已显示 出它优 异 的抗氧化性，， ， 及在富氧含硫气氛 的有色冶 炼系统后处理系统 中比不锈钢优异 的抗硫蚀性 能 为进一步探索拓宽其应用 范 围 ， 设计模拟 汽车尾气气氛的恶劣环境进行几种材料的对 比 实验 ， 考察它们 的腐蚀行为 实验方法 模拟汽车尾气气氛的估算 为 了设计汽车尾气气氛 ， 首先对汽 车排气 情况进行估算 这里 以轻型汽车为例 ， 汽油机按 工况标准 ， 其主要 的有害尾气含量为 未燃 碳氢 加 ， 碳烟 微量 ， 碳氢 的不 完全氧化物 幼血 ， 一氧化碳 ，氮氧化合物 叨曲 假设所用燃料为辛烷 赶 ， 过量空 气系数 咨 ， 燃料燃烧反应方程式 为 ， 汁 ， 对于 沮 ， 燃料需 ， 所需要 的空 气 总 量为 ， 假设 需要燃料 ， 即需要 的空气为 ， 排 出的气体总量为 收稿 日期 乎 一 高德春 男 ，犯 岁 ， 博士 福特 中国 发展基金资助项 目困 创 ， 生 成 ， 消 耗 的 碳 量 为 ， 生成 的量为 ， 水蒸汽 加 尾气成分为 以 质量分数 计 ， 一 ， ， 一 ， 一 ， 习 ， 产刀 ， 一 以原子分数 计 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 刁 ， 厂刁 ， 一 由北京分析仪器厂配制混合气体 ， 由于受 配制气体的限制 ， 忽略 了 ， 和 的含 量 ， 这对气氛的腐蚀性能不会造成很大影响 实 际配制气体成分为 体积分数 诚 ， 城 卜 ，试凡 ， ， 卜 实验材料制备与实验设备 实验所用 的材料 卜 刃 卜刁 和 此 热轧薄板 以 一 一 卜 卜刃 为基体 ， 中低碳 钢 焊丝 为填充料的钨极氢弧焊焊件 和对 比 材 料 商 用 低 碳 钢 钢 和 奥 氏 体 不 锈 钢 将 上 述 种 材 料 分别 切 取 尺 寸 为 、 的试样 ， 磨光并采用 超声波清洗 ， 盛装试样的增涡也用超声波清洗 ， 在 电子天平上称取试样质量 ， 将试样 放人柑祸 中 模拟尾气气氛实验设备 的示意 图 见 图 ， 通氢气保护 ， 升温到 ℃ ， 将试样与增 祸一并放人石英管 中 ， 通人腐蚀气氛 ， 经过一定 时间 以后 ， 取 出增祸 ， 称量试样 和 钳祸 的质量 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．03．036