FeSi相增强金属间化合物内加热套管耐熔锌腐蚀性能
【图文】：
腐蚀行为和失效形式。选用试样腐蚀前后的质量变化评价Fe-Si金属间化合物耐液锌腐蚀程度，利用式（1）计算腐蚀速率。V=（m0-m1）/（S·t）（1）式中：V为腐蚀速率，g/（m2·h）；m0为试样初始质量，g；m1为试样腐蚀后质量，g；S为试样表面积，m2；t为试样腐蚀时间，h。采用S-4800型场发射扫描电镜和能谱仪观察试样腐蚀后的微观形貌以及元素分布状态。2试验结果与讨论2.1不同原子比对合金粉末相组成和微观形貌的影响在机械合金化过程中，不同Fe、Si原子比对最终合金粉末相组成有重要影响。图1（a）为通过球磨工艺制备的不同Fe-Si原子比合金粉末的XRD图。可看出，经过30h球磨，在Fe∶Si为3∶1的图中，Si衍射峰消失，Fe的衍射峰向高角度偏移，充分证明在球磨过程中Fe-Si粉末发生合金化反应，形成了α-Fe（Si）固溶体。然而Fe-Si原子比为1∶1和1∶3试样，XRD中除了Fe的衍射峰，还存在Si的衍射峰，而且随着Si原子比例的增多，Si衍射峰逐渐变强。这说明，采用机械合金化制备Fe-Si金属间化合物，Si原子能固溶在Fe的晶格中，形成过饱和固溶体α-Fe（Si）。当Si原子含量超过一定量（1∶1和1∶3）时，机械合金化产物中包含α-Fe（Si）和Si相。图1（b）为机械合金化产物在950℃退火后的XRD图谱。可看出，经过退火处理后，Fe（Si）固溶体及剩余的Si都生成了金属间化合物。Fe∶Si原子比为3∶1的试样退火后生成了Fe5Si3和Fe3Si相，原子比为1∶1和1∶3的试样退火后生成FeSi、Fe5Si3和Fe3Si相。退火一方面可实现Fe、Si的固相反应，另一方面是消除机械合金化存在的晶格缺陷。图2为Fe∶Si原子比分别为3∶1、1∶1、1∶3粉末球磨30h后的SEM图。可见，不同原子比粉末球磨后都得到了较好的细化?
HotWorkingTechnology2017,Vol.46,No.20(d)1∶3(a)3∶1(e)Fe(b)Fe(f)Si(c)Si5μm5μm图4不同Fe、Si原子比试样在锌液中腐蚀96h后断面形貌和元素平面分布图Fig.4Fracturedcross-sectionalmorphologiesofsampleswithdifferentFetoSiatomicratiosaftercorrosionfor96hinmoltenzincanditselementsurfacedistributionimages(a)3∶1(b)1∶1(c)1∶35μm图2不同Fe-Si原子比粉末球磨30h后的显微形貌Fig.2MicrostructureofpowderwithdifferentFetoSiatomicratiosafterballmillingfor30h5μm5μm渐趋于球形颗粒，即Fe-Si原子比为1∶3时，粉末颗粒主要以类球形为主。在球磨过程中，Fe-Si混合粉末中的Fe相在与磨球撞击时发生塑性变形；而脆性的Si相形成超细粉末，团聚在Fe粉表面，可降低系统的自由能，形成Si包覆Fe的合金颗粒，如图2（a）所示。在球磨过程中，Fe颗粒之间会出现焊合。Si原子含量过高时，超细Si颗粒能抑制Fe的延展变形，加速Fe的断裂。冷焊与断裂基本达到平衡，颗粒在不断的断裂、焊合后形状呈现类球形，如图2（c）所示。2.2耐腐蚀性能分析图3为不同Fe、Si原子比试样在锌液中的腐蚀速率。可知，随着腐蚀时间的延长，，Fe-Si金属间化合物试样的腐蚀程度基本都是不断的加深，只是随着时间的增长，腐蚀速度逐渐下降。其中Fe、Si原子比3∶1的试样腐蚀速度最快，Fe、Si原子比为1∶3试样腐蚀最慢。可看出，铁硅金属间化合物中Si原子含量越高，试样耐锌液腐蚀性能越好。结合XRD结果分析，Fe、Si原子比为3∶1试样主要由Fe3Si和Fe5Si3两种相组成；而Fe、Si原子比为1∶3试样由Fe3Si、Fe5Si3和FeSi相组成，FeSi相较为致密，在Fe-Si金属间化合物耐锌液腐蚀性能中起着关键作用。2.3腐蚀形貌分析图4为F
【作者单位】： 西安石油大学材料科学与工程学院;
【基金】：华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开放基金项目(P2017-005) 西安石油大学《材料科学与工程》省级优势学科资助项目(YS37020203)
【分类号】：TG174.4
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