屈懷超，白江虎，薛海軍

(酒泉鋼鐵(集團)有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100)

0 前言

非晶態(tài)合金因其超高速凝固技術制備，其特征是原子長程無序結構凝聚態(tài)組織結構，由于它呈玻璃態(tài)的非晶特征而具有傳統(tǒng)合金材料無法達到的綜合優(yōu)異性能，以其優(yōu)異的鐵磁性、抗腐燭性、高耐磨性和高強度而成為一種新的功能材料[1-2],但是由于在制備工藝中要求冷卻速度快，因此，制備厚度較薄的非晶帶材工藝簡單，容易實現(xiàn)，成本較低，在使用過程中因帶材較薄，剛性差，應用受限，而制備厚度較厚的大塊非晶工藝難度大，不易穩(wěn)定。因此，在基體金屬上通過熱噴涂和激光熔覆制備非晶涂層，進一步利用表界面非晶獨特的耐磨性以及耐腐蝕性能。非晶涂層仍然存在著制備控制難度大，冷卻速度達不到非晶熱力學形成條件，極易導致涂層晶化，進而喪失其涂覆層耐磨、耐腐蝕的優(yōu)良效果，這使得發(fā)展非晶復合材料，以克服技術缺陷[3-4]。

利用高分子阻尼粘結劑將基板和非晶薄帶材粘和在一起形成的層狀復合材料，使其具備非晶薄帶材良好的耐磨耐腐蝕性能和基板良好的剛度(鋁板)，復合工藝較為簡單；因此選擇非晶薄帶材進行選材研究，分析其組織及腐蝕行為的基礎研究對開發(fā)高耐蝕金屬膜復合板具有較大意義。

1 試驗材料及方法

1.1 材料成分及金相組織分析

選用市場上厚度為0.1 mm的鐵基非晶帶材1K101(鐵硅硼非晶)，將其剪切成15 mm×15 mm的方形試樣，鑲樣，打磨至1 000目，拋光后利用GXL-8230電子探針測試其主要成分。使用王水作為腐蝕劑進行金相腐蝕，利用日本PMG3(倒置)金相顯微鏡進行金相組織觀察，采用蔡斯Merlin cumcct型掃描電鏡(SEM)。

1.2 材料電化學腐蝕實驗

將非晶帶材1K101制備成15 mm×15 mm的試樣，使用無水乙醇溶液中清洗，吹干作為工作電極備用，利用(BM-001)CS350電化學工作站測試25±2 ℃下試樣在氯離子溶液中腐蝕0 h，24 h，72 h，168 h的極化曲線，參比電極為212型飽和氯化鉀甘汞電極(無鹽橋)，輔助電極為260型鉑電極[5]；極化曲線測試參數(shù)：掃描速率為2 mV/s，氯離子腐蝕溶液使用氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉和蒸餾水進行配置，配置成氯離子的物質量濃度為2.4 mol/L的氯離子溶液，Ph值分別為2.14、7、11.8的酸性、中性和堿性溶液。

1.3 腐蝕產物測試及形貌觀察

將試樣腐蝕168 h后取出腐蝕樣品，采用蔡斯Merlin cumcct型掃描電鏡(SEM)觀測腐蝕形貌。

2 試驗結果及分析

2.1 材料成分及組織分析

選用市場上常用的鐵基非晶帶材1K101(鐵硅硼非晶)，利用電子探針測試其主要成分如表1所示。利用金相顯微鏡進行金相觀察，金相組織如圖1所示，利用SEM進行組織形貌觀察，顯微形貌如圖2所示。

表1 鐵基非晶材料主要成分/wt%

圖1 鐵基非晶金相組織

圖2 鐵基非晶顯微組織

由表1可知，鐵基非晶帶材1K101的成分為主要鐵、硅、硼元素，觀察圖1結合圖2可知，鐵基非晶帶材1K101的組織在顯微鏡下和電鏡下未發(fā)現(xiàn)晶界，為非晶態(tài)組織。

2.2 電化學腐蝕分析

如圖3所示為鐵基非晶帶材1K101在中性氯離子溶液中不同浸泡時間下的的動電位極化曲線和電化學參數(shù)圖，圖3a表示鐵基非晶帶材1K101在Ph=2.14的氯離子溶液中不同浸泡時間下的極化曲線；圖3b表示鐵基非晶帶材1K101在Ph=7的氯離子溶液中不同浸泡時間下的極化曲線；圖3c表示鐵基非晶帶材1K101在Ph=11.8的氯離子溶液中不同浸泡時間下的極化曲線；圖3d表示鐵基非晶帶材1K101在Ph=11.8的氯離子溶液中電化學參數(shù)數(shù)值，擬合方法為弱極化區(qū)tafel外推法。

圖3 動點位極化曲線及電化學參數(shù)數(shù)值圖

從圖3a、圖3b、圖3c可以看出，鐵基非晶帶材1K101在氯離子溶液腐蝕的陽極極化曲線未出現(xiàn)明顯的活化鈍化現(xiàn)象；其腐蝕完全是由電化學反應控制，濃差極化作用可以忽略，從圖3d可以看出，鐵基非晶帶材1K101在Ph=2.14的氯離子溶液中的自腐蝕電流在腐蝕初期為7.5×10-5A/cm2，隨著腐蝕至24 h，自腐蝕電流升高達到值1.1×10-4A/cm2，隨后隨著時間延長至72 h，自腐蝕電流變至1.3×10-4A/cm2，隨后腐蝕至168 h時，自腐蝕電流又有一定幅度的下降，使得自腐蝕電流呈現(xiàn)出先增大后逐漸減小的趨勢；而在Ph=7和Ph=11.8的氯離子環(huán)境中均比較穩(wěn)定，為1×10-5A/cm2，腐蝕速率均低，鐵基非晶帶材1K101在Ph=2.14、Ph=7和Ph=11.8的氯離子環(huán)境中均比較穩(wěn)定，隨著時間的推移，腐蝕電位分別穩(wěn)定在-1.1 V,-0.8 V和-0.55 V，說明腐蝕主要是陽極的電化學反應為主，最終腐蝕速度控制在10-5～10-4A/cm2，其抗腐蝕能力良好[6-7]。

2.3 腐蝕形貌及產物分析

如圖4所示為鐵基非晶帶材1K101在Ph=2.14的氯離子溶液中的腐蝕形貌，圖5所示為鐵基非晶帶材1K101在Ph=2.14的氯離子溶液中的局部腐蝕形貌，圖6所示為鐵基非晶帶材1K101在Ph=7的氯離子溶液中的腐蝕形貌，圖7所示為鐵基非晶帶材1K101在Ph=7的氯離子溶液中的局部腐蝕形貌，圖8所示為鐵基非晶帶材1K101在Ph=11.8的氯離子溶液中的腐蝕形貌，圖9鐵基非晶帶材1K101在Ph=11.8的氯離子溶液中的局部腐蝕形貌。

圖4 樣品在Ph=2.14的氯離子溶液中的腐蝕形貌

圖5 樣品在Ph=2.14的氯離子溶液中的局部腐蝕形貌

圖6 樣品在Ph=7的氯離子溶液中的腐蝕形貌

圖7 樣品在Ph=7的氯離子溶液中的局部腐蝕形貌

圖8 樣品在Ph=11.8的氯離子溶液中的腐蝕形貌

圖9 樣品在Ph=11.8的氯離子溶液中的局部腐蝕形貌

結合圖4和圖5可以看出，鐵基非晶帶材在Ph=2.14的氯離子環(huán)境中，腐蝕為點腐蝕的活性溶解腐蝕，腐蝕由點腐蝕孔開始向周圍活性溶解，腐蝕嚴重。在Ph=7的氯離子環(huán)境中，腐蝕產物如團絮顆粒狀吸附在基體上，未見明顯的點腐蝕，腐蝕仍未活性溶解。在Ph=11.8的氯離子環(huán)境中，出現(xiàn)了少量點腐蝕，未見腐蝕產物粘附在基體上，仍未陽極活性溶解。

3 分析與討論

鐵硅硼鐵基非晶帶材1K101在物質量濃度為2.4 mol/L的氯離子溶液中腐蝕主要以局部腐蝕為主。在Ph=2.14的酸性氯離子環(huán)境中和在Ph=11.8的堿性腐蝕環(huán)境中，腐蝕均為點腐蝕的活性溶解腐蝕，而在Ph=7的中性腐蝕環(huán)境中，未見明顯的點腐蝕；分析其原因為H+和OH-均會促進濃縮電池效應，促進氯離子電腐蝕的加劇，導致氯離子在未產生點蝕坑的缺陷區(qū)域處富積，聚成核后，導致該區(qū)域陽極溶解加速[8-11],形成點蝕坑陽極金屬的溶解，會加速Cl-透過腐蝕產物膜擴散到點蝕坑內，使點蝕坑內的Cl-濃度進一步增加，這一過程是屬于Cl-的催化機制，當Cl-濃度超過一定的臨界值之后，陽極將一直處在活化狀態(tài)而不會鈍化[12-16]。結合動電位極化曲線，鐵基非晶帶材1K101在氯離子的腐蝕主要以陽極的電化學反應為主，陽極電化學反應速率是動力學控制步驟，腐蝕環(huán)境中綜合腐蝕速率(電流密度)控制在10-5～10-6A/cm2，抗腐蝕能力良好；但在酸性環(huán)境中為10-4A/cm2，腐蝕速率較高，在中性和堿性環(huán)境中保持在10-5A/cm2。

4 結論

(1)鐵硅硼鐵基非晶帶材1K101在氯離子溶液中腐蝕動電位極化曲線表明腐蝕主要為陽極的電化學反應，腐蝕速度控制在10-5～10-4A/cm2，其抗腐蝕能力良好,但在Ph=2.14的酸性氯離子溶液中，腐蝕速率為10-4A/cm2，較Ph=7和Ph=11.8的腐蝕速率10-4A/cm2高一個數(shù)量級。

(2)鐵硅硼鐵基非晶帶材1K101在氯離子溶液中，腐蝕產物形貌及成分分析表明：鐵硅硼鐵基非晶帶材1K101在物質量濃度為2.4 mol/L的氯離子溶液中腐蝕主要以局部腐蝕為主；在Ph=2.14的酸性氯離子環(huán)境中和在Ph=11.8的堿性腐蝕環(huán)境中，腐蝕均為點腐蝕的活性溶解腐蝕，而在Ph=7的中性腐蝕環(huán)境中，未見明顯的點腐蝕。