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，有很好的導熱和導電性能，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性能和高溫性能，而關于腐蝕性能甚少，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，研究其在常用化學介質中的腐蝕和涂覆Na2SO4熔鹽的熱腐蝕行為?；瘜W介質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。電化學極化曲線法表征樣品在化學介質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，表現為積極溶解，但其在硝酸中失重卻是五種物質中最低的。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價鍵結構，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表現為全面腐蝕。五種物質在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、化學極化曲線表明，Cr2AlC在1M酸溶液中表現為積極溶解，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，表現出一致的電化學行為，而Ti2AlC和Ti2AlN則非常相似，四種含Ti物質均出現鈍化現象。影響其酸性溶液腐蝕電化學行為的因素為M組元元素和n值。五種物質在1M NaOH中的極化曲線均出現鈍化現象，鈍化區(qū)間很寬。熔鹽熱腐蝕結果表明，在各個溫度下腐蝕增重從大到小依次為Ti2AlN、Ti2AlC、

6、Ti3AlC2、 Ti3SiC2和Cr2AlC。熱腐蝕動力學規(guī)律并不符合拋物線規(guī)律，其動力學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，腐蝕層內層主要是鈉鹽。這點有效證實腐蝕機理是Ti （C