Vol.23 No.3 高德春等：F©，Al基合金在模拟汽车尾气气氛中的腐蚀行为 ·231 坩埚试样石英玻璃管 化的动力学规律符合抛物线规律，即： A然AM田 x2=k什c. 温 气阀 管式炉 式中，x为氧化膜的厚度，t为时间，k,为抛物线 中D流量计 速度常数，c为积分常数.抛物线速度常数k,与 混合气 碱液 氧化膜中各种粒子的电导率与迁移率、各种点 缺陷及电子缺陷的浓度、各种粒子的扩散系数、 图1腐蚀实验装置示意图 氧化物的生成自由能、环境氧分压及氧化物的 Fig.1 Schematic diagram of corrosion test equipment 分解压有关 利用SEM对在腐蚀气氛放置一定时间的 以单位面积的增重来代替氧化膜的厚度， 试样进行表面形貌观察，并通过X射线衍射谱 以2个试样的平均增重为标准对腐蚀400h后 与线扫描研究腐蚀层中的元素分布 试样进行估算，A3钢、焊缝及不锈钢3种材料 的抛物线速度常数和积分常数分别为： 2结果与讨论 A3:2=1.76676864×10-2t+2.493389 Weldment:x2=2.725 850x10-t+ 2.1在模拟汽车尾气气氛下的腐蚀增重情况 1.98825245×10-3 A3,Weldment,1Cr18Ni9,Fe-28Al-5Cr- 不锈钢：x2=9.264739285×10-7t+ 0.5Nb0.1C,Fe-28Al-5Cr这5种试样于不同时 3.8071852857×10-4 间在模拟汽车尾气气氛下的单位面积的腐蚀增 从抛物线速度常数和积分常数的大小也可 重情况如图2所示.可见在同样时间内，A3钢 以明显看出：A3>Weldment>>不锈钢.说明不 的单位面积的腐蚀增重最大：50h为1.8mg/cm2, 论是氧化初期还是后期，3种材料的耐腐蚀性 400h为3mg/cm2,656h已超过5mgcm2.2种 能都有明显差别.A3钢相比其他几种材料，腐 Fe,Al基合金和奥氏体不锈钢的腐蚀增重都很 蚀趋势明显加剧，不锈钢和FeAl基合金腐蚀非 小，前者腐蚀增重曲线重叠，几乎看不出差别， 常轻微 3种试样质量变化大都在所用天平的量程误差 2.2腐蚀试样表面结构的X射线分析 范围内.可以认为在该环境条件下，这3种材料 为了确定在模拟汽车尾气气氛中放置一定 几乎不腐蚀，可以长期使用.FeAl基合金的焊 时间后的腐蚀产物，对试样表面进行了X射线 接件的腐蚀增重约为A3钢腐蚀增重的1/10，可 衍射结构分析，图3列出了实验材料经400h腐 见将其作为焊缝材料也具有较好的耐腐蚀性 蚀后试样表面的X射线分析结果（为了显示微 能. 量生成物的情况，对最大峰值进行了削诚).可 Wagner倒认为，当金属的氧化经历了初期 以看出：Fe-28A-5Cr,Fe-28A1-5Cr-0.5Nb-0.1C 氧化阶段之后，致密完整的氧化膜的生长速度 合金在模拟汽车尾气气氛经过400h放置后，表 将由氧化膜中的晶格传输过程控制.由于在不 面没有形成可探测到的除基体FeAl之外的其 同的氧化膜中存在不同的点缺陷和电子缺陷， 他结构的物质，说明基本上没有形成其他腐蚀 具体氧化膜中的传输过程并不尽相同.在氧化 产物，或是即使有其他物质形成，含量也是微量 膜中缺陷的传输过程为控制步骤的前提下，氧 的，不足以探测到.奥氏体不锈钢经腐蚀气氛作 6 用后，X射线分析主要成分仍然是F,说明不锈 目4 A3 钢有较好的耐腐蚀能力，且没有其他腐蚀产物 生成.Fe,Al基合金焊缝表面，除FeAl外还出现 1Cr18Ni9,Fe,Al 了少量a-FeO,焊缝的耐腐蚀性能比基体材料 eldment 要 0 有所降低.而A3钢在同样的环境中在表面中形 0 200 400 600 成比较厚的氧化膜，主要成分为FeO4,这种氧 h 化物结构疏松，容易剥落，使腐蚀情况加深 图2试样在模拟汽车尾气气氛下的腐蚀增重 2,3腐蚀试样表面形貌的线扫描分析 Fig.2 Mass gain of test samples in simulated exhaust gas 图4为FeAl基合金焊缝腐蚀层（图5）的线匕】 一 高德春等 ， 基合金在模拟汽车尾气气氛 中的腐蚀行为 柑竭 试样 石英玻璃管 胜 一 一 一 口 一 一甲， 旧「一 四口 ’ … 卜 二二 一 一 一 一 圈 腐蚀实验装里示意图 啥 利用 对在腐蚀气氛放置一定时间的 试样进行表面形貌观察 ， 并通过 射线衍射谱 与线扫描研究腐蚀层 中的元素分布 结果与讨论 在模拟汽车尾气气氛下的腐蚀增重情况 ， 七 ， ， 一 卜刃 ， 一 这 种试样于不 同时 间在模拟汽车尾气气氛下 的单位面积的腐蚀增 重情况如 图 所示 可见在 同样 时间 内 ， 钢 的单位面积的腐蚀增重最大 为 留 ，， 为 ，， 已超过 示 ， 种 基合金 和 奥 氏体不锈钢的腐蚀增重都很 小 ， 前者腐蚀增重 曲线重叠 ， 几乎看不 出差别 ， 种试样质量变化大都在所用 天平 的量程误差 范 围内 可 以认为在该环境条件下 ， 这 种材料 几乎不腐蚀 ， 可 以 长期使用 基合金 的焊 接件的腐蚀增重约为 钢腐蚀增重 的 ， 可 见 将其作 为焊缝材料 也具有 较好的耐腐蚀性 能 认为 ， 当金属 的氧化经历 了初期 氧化阶段之后 ， 致密完整的氧化膜 的生 长速度 将 由氧化膜 中的晶格传输过程控制 由于在不 同的氧化膜 中存在不 同的点缺陷和 电子缺 陷 ， 具体氧化膜 中的传输过程并不尽相 同 在 氧化 膜 中缺陷的传输过程为控制步骤 的前提下 ， 氧 爪艺 ‘ 一一一 一 ‘ ， 一 一一一一魂号 化 的动力学规律符合抛物线规律 ， 即 犷 二 气什 式 中 ， 为氧化膜 的厚度 ， 为时间 ， 称为抛物线 速度常数 ， 为积分常数 抛物线速度 常数棍与 氧化膜 中各种粒子 的 电导率与迁移率 、 各种点 缺陷及 电子缺陷的浓度 、 各种粒子 的扩散系数 、 氧化物 的生成 自由能 、 环境氧分压及氧化物 的 分解压有关 以单位面积 的增 重来代替氧化膜 的厚度 ， 以 个试样 的平均增重 为标准对腐蚀 后 试样进行估算 ， 钢 、 焊缝及不锈钢 种材料 的抛物线速度常数和积分常数分别为 尸 一 匕 犷 一 一 不锈钢 一 ， 一 从抛物线速度常数和积分常数的大小也可 以 明显看 出 》 七 户 不锈钢 说 明不 论是 氧化初期还是后期 ， 种 材料 的耐腐蚀性 能都有 明显差别 钢相 比其他几种材料 ， 腐 蚀趋势明显加剧 ， 不锈钢和 基合金腐蚀非 常轻微 腐蚀试样表面结构的 射线分析 为 了确定在模拟汽车尾气气氛 中放置一定 时 间后 的腐蚀产物 ， 对试样表面进行 了 射线 衍射结构分析 ， 图 列 出了实验材料经 腐 蚀后试样表面 的 射线分析结果 为 了显示微 量生成物 的情况 ， 对最大峰值进行 了削减 可 以看 出 卜 ， 卜 网刃 合金在模拟汽车尾气气氛经过 放置后 ， 表 面没有形成可探测 到的除基体 冰 之外 的其 他结构 的物质 ， 说明基本上没有形成其他腐蚀 产物 ， 或是 即使有其他物质形成 ， 含量也是微量 的 ， 不足 以探测 到 奥 氏体不锈钢经腐蚀气氛作 用后 ， 射线分析主要成分仍然是 ， 说明不锈 钢有较好 的耐腐蚀能力 ， 且没有其他腐蚀产物 生成 基合金焊缝表面 ， 除 冰 外还 出现 了少 量住 ， 焊缝 的耐腐蚀性能 比基体材料 有所降低 而 钢在 同样 的环境 中在表面 中形 成 比较厚 的氧化膜 ， 主要成分为 众 ， 这种氧 化物结构疏松 ， 容易剥落 ， 使腐蚀情况加深 腐蚀试样表面形貌的线扫描分析 图 为 八 基合金焊缝腐蚀层 图 的 线 户息 · 侧势且一如 ︸ ‘ ︸ 比 图 试样在模拟汽车尾气气氛下的腐蚀增皿 】 白 纽