高锰高铝低密度钢的腐蚀行为及机理研究.docx

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1、高锰高铝低密度钢的腐蚀行为及机理研究Fe-Mn-Al-C系低密度钢因其具有高的强塑积而成为国内外的研究热点,有望成为汽车轻量化的备选材料体系。而其具有的高Al特征,使其希望成为制备高温抗氧化和电化学腐蚀构件的备选材料体系。本文从Al含量调控和Si代Al的角度出发,设计了Mn27Al10Ni3、Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3三种成分的高锰高铝Fe-Mn-Al-1C低密度钢,研究了其高温氧化腐蚀和电化学腐蚀行为及机理,为拓展高锰高铝Fe-Mn-Al-C系低密度钢的应用领域提供实验依据和理论基础

2、。基于Al含量调控的Mn27Al10Ni3和Mn27Al11Ni3两种高锰高铝低密度钢的高温氧化研究结果表明,两种钢的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化膜由内到外主要由Al₂O₃、Fe₃O₄、Fe₂O₃、Mn₃O₄以及Mn₂O₃物相构成。在氧化过程中,Al元素的氧化物在基体表面大量富集,并

3、形成连续的氧化膜,并且随着温度的增加,促使Al元素形成的氧化物在基体表面富集程度增加。Al含量的增加,加快氧化层内部孔洞的填补速率,增加了氧化层的致密度以及附着力,提高材料的抗高温氧化性能。基于Si代Al的Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3两种高锰高铝低密度钢的高温氧化研究结果表明,两种钢的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化膜由内到外主要有Al₂O₃、SiO₂、Fe₃O₄、Fe

4、ub>2O₃、Mn₃O₄以及Mn₂O₃构成。通过2wt%Si取代2wt%Al元素,Mn27Al9Si2Ni3表现出良好的抗氧化性能。Si元素的添加使得氧化层致密度以及附着力增加,降低氧化层表面孔洞以及微裂纹的发生机率,增加材料的抗氧化性能。另外Si元素优先在基体表面发生氧化形成致密的氧化膜,并且温度升高,氧化物始终在基体表面富集,并且富集程度增加。基于Si代Al的两种高锰高铝低密度钢Mn2

5、7Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3的电化学腐蚀研究结果表明,在3.5wt%NaCl溶液腐蚀中,随着Si元素的引入使得低密度钢的腐蚀电流密度从4.11×10^-6A·cm^-2降到1.06×10^-6A·cm^-2,同时低密度钢的点蚀电位也正移0.01V,并且显著提高了低密度钢抵抗Cl^-侵蚀的能力;在1molNa₂SO₄溶液腐蚀中,随着Si元素的引入低密度钢

6、的腐蚀电流密度从1.86×10^-6A·cm^-2降低到1.95×10^-6A·cm^-2,并且击破电位也正移了0.0738V,使得低密度钢抵抗SO₄^2-侵蚀的能力增强。这两种材料与传统的304不锈钢相比,在抵抗Cl^-以及SO₄^2-侵蚀的能力与传统不锈钢存在一定的差距。