Fe-N化合物與復(fù)合處理層抗腐蝕機(jī)理及組織性能研究.pdf

1、作為目前最重要的結(jié)構(gòu)材料，金屬的腐蝕不僅給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失、慘重的環(huán)境污染和人員的傷亡，且造成資源浪費(fèi)，加大了自然資源的損耗。防止金屬的腐蝕和提高金屬的耐蝕性是目前最引人注意的問題之一。
　　西南交通大學(xué)自主研發(fā)的多元共滲技術(shù)能保證材料的高耐蝕性。目前從微觀上（電子層面）對(duì)于該技術(shù)防腐蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠。為了進(jìn)一步提高材料的耐蝕性，對(duì)多元共滲樣品進(jìn)行化學(xué)鍍處理。結(jié)果表明復(fù)合處理（多元共滲+化學(xué)鍍）后材料的耐蝕性進(jìn)一步大

2、幅度提高。本文主要采用多元共滲、多元共滲+化學(xué)鍍復(fù)合處理工藝對(duì)Q235鋼進(jìn)行表面處理。對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕性能測試，并運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)價(jià)電子理論(EET)和“雙電層”模型來探討了其腐蝕機(jī)理。
　　結(jié)果表明:經(jīng)過多元共滲處理后樣品的自腐蝕電位提高，自腐蝕電流下降，材料的耐腐蝕性較原材大幅度地提高。阻抗譜分析與掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)果顯示多元共滲滲層的腐蝕形式為點(diǎn)蝕，且點(diǎn)蝕的發(fā)生與化合物層的柱狀晶組織、缺陷如顯微孔洞、高濃度的活性陰離子Cl-有

3、關(guān)。復(fù)合處理工藝處理的樣品的擊破電位達(dá)到了1.346V,鹽霧腐蝕300h不生銹。復(fù)合處理后，其耐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一多元共滲和化學(xué)鍍處理。經(jīng)驗(yàn)價(jià)電子理論結(jié)果表明Fe4N、Fe3N、Fe2N、Ni、α-Fe的最強(qiáng)健上價(jià)電子數(shù)nα分別為0.9552、1.83、2.4239、0.5251、0.3835;最強(qiáng)健的鍵能Eα分別為156kJ/mol、361.4kJ/mol、437.8kJ/mol、201 kJ/mol、107.4kJ/mol。Fe-N化

4、合物的nα、Eα都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于α-Fe的nα、Eα，表明價(jià)電子結(jié)構(gòu)與腐蝕之間有著密切的關(guān)聯(lián)性。Fe-N化合物層和Ni層的費(fèi)米能計(jì)算結(jié)果表明Fe-N化合物層的費(fèi)米能高于Ni層的費(fèi)米能。
　　根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理對(duì)于腐蝕的定義M-ne-→Mn+，可以理解腐蝕的本質(zhì)就是原子間電子的“轉(zhuǎn)移”。而價(jià)電子是原子間連接的基礎(chǔ)。所以可以用原子間的價(jià)電子結(jié)合強(qiáng)度來判斷材料的耐蝕性優(yōu)劣。即從熱力學(xué)上來說，nα、Eα越大，材料耐蝕性越好。
　　費(fèi)米能計(jì)