M-,n+1-AX-,n-可加工陶瓷材料的腐蝕行為研究.pdf

1、層狀化合物Mn+1AXn材料是一系列兼具金屬和陶瓷優(yōu)點的新型三元陶瓷。在常溫下，有很好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，有較低的維氏硬度，較高的彈性模量和剪切模量，像金屬一樣可進行機械加工，并在較高溫下具有塑性；同時它又具有陶瓷的性能，有較高的屈服強度，高熔點，高熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性能。這些優(yōu)異的性能使它有望成為一些特殊條件下的耐腐蝕材料?，F(xiàn)在的研究工作主要集中在合成和表征上，性能的研究主要集中在力學(xué)性能和高溫性能，而關(guān)于腐蝕性能甚少，更沒有系統(tǒng)的

2、研究。 本文選取Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti2AlN和Cr2AlC五種單相作為Mn+1AXn材料的典型代表，研究其在常用化學(xué)介質(zhì)中的腐蝕和涂覆Na2SO4熔鹽的熱腐蝕行為?；瘜W(xué)介質(zhì)腐蝕通過浸泡失重法得到其腐蝕失重曲線，對浸泡后樣品的表面和斷面分析研究其腐蝕類型及腐蝕機理。電化學(xué)極化曲線法表征樣品在化學(xué)介質(zhì)中電極表面隨著電位的變化情況。熔鹽熱腐蝕采用加熱實驗得到其不同加熱溫度下的增重動力學(xué)曲線，通過表面物相和

3、斷面SEM及微區(qū)元素分析探討其腐蝕機理。浸泡失重實驗表明Cr2AlC在濃的硫酸和鹽酸中失重最大，表現(xiàn)為積極溶解，但其在硝酸中失重卻是五種物質(zhì)中最低的。Ti3SiC2和Ti3AlC2在硫酸和鹽酸中的腐蝕失重明顯低于其它幾種211相，但其在硝酸中的失重卻高于其它三種。Ti2AlN在酸溶液中的腐蝕失重均較大，明顯大于Ti2AlC。即影響Mn+1AXn材料腐蝕失重的因素主要有兩個，首先是M—X價鍵結(jié)構(gòu)，其次是n值。Ti2AlC在酸中開始為點腐蝕

4、，然后發(fā)展到晶間腐蝕，最后為剝蝕。Cr2AlC在硫酸和鹽酸中主要是發(fā)生點腐蝕，蝕孔的擴展和連通使晶粒失去結(jié)合力，溶解在溶液中。Ti2AlN在酸性溶液中均發(fā)生點腐蝕，點腐蝕后期為剝蝕。Ti3SiC2在HNO3中表層生成一層厚達420μm的SiO2層，且該層是可滲水的和非晶態(tài)的。而Ti3AlC2在HNO3表現(xiàn)為全面腐蝕。五種物質(zhì)在NaOH中失重均很低，SEM和EDS分析表明Ti2AlC在NaOH中生成一層含氧的鈍化層，厚度約為3—4μm。電

5、化學(xué)極化曲線表明，Cr2AlC在1M酸溶液中表現(xiàn)為積極溶解，且有最低的自腐蝕電流。Ti3SiC2和Ti3AlC2在1M 酸中的極化曲線非常接近，表現(xiàn)出一致的電化學(xué)行為，而Ti2AlC和Ti2AlN則非常相似，四種含Ti物質(zhì)均出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。影響其酸性溶液腐蝕電化學(xué)行為的因素為M組元元素和n值。五種物質(zhì)在1M NaOH中的極化曲線均出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，鈍化區(qū)間很寬。熔鹽熱腐蝕結(jié)果表明，在各個溫度下腐蝕增重從大到小依次為Ti2AlN、Ti2AlC、

6、Ti3AlC2、 Ti3SiC2和Cr2AlC。熱腐蝕動力學(xué)規(guī)律并不符合拋物線規(guī)律，其動力學(xué)曲線主要分為兩個階段，一個為前期的快速增重，一個為后期的緩慢增重。Mn+1AXn相的腐蝕機理為M和A首先發(fā)生氧化，在800℃時其主要是氧化物，在900℃時生成的氧化物溶解在Na2SO4，生成新的鈉鹽。鈉鹽的特征峰隨著溫度的升高先增強后減弱。對1000℃樣品EDS分析表明腐蝕層外層以氧化物為主，腐蝕層內(nèi)層主要是鈉鹽。這點有效證實腐蝕機理是Ti （C