铁基非晶合金耐腐蚀性能研究进展

溶 液 中显示极 高 的耐腐 蚀性 能 。在 １ ＨＣＩ Ｍ 溶液 中， 非品态 Ｆ 一１ —ｌＰ Ｃ合金 条 带没 有 腐蚀 现象 ｅ ０ ３ 一７ 发生 ， 晶态 的 ３４不锈 钢 （ ｅ ８ ｒ ８ ） 但 ０ Ｆ 一１Ｃ － Ｎｉ的腐 蚀速 度却达 到 了 ｌｍｍ／ （ １ 。合 金高耐 蚀 性 的主要 年 图 ）
浓 ＨＣ 溶液 中表 现 了极高 的耐腐蚀 能力 ， １ 腐蚀 速度 只有 １ ～１ ｒｍ／ （ ２ ； １Ｎ ＨＣ 溶 液 中（ ０ Ｏ ａ 年 图 ）在 ２ １ 参
比电极 为 Ａｇ Ａｇ １， 金 阳极 极化 至 ＋１ ｏ 还没有 点蚀 现象 发生 。 ／ Ｃ）合 ．ｖ
铁 基非 晶热 喷涂层 正尝试 应 用于 海军 舰 船 及核 燃 料储 存 罐 等设 备 上 。Ｆ ｒ ｒ 人 用 超音 速 火 焰 喷 ａｍｅ 等
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ｌ ７ ０ ｌ ５ １ １ ５ ） 山 东省杰 出青年 基金 （Ｑ２ Ｌ １） 潍坊 学院博士科研 基金项 目 ５ １ １９ ， １７ １２ ； Ｊ ＯＯ２ ；
（ ０１ Ｂ ２ ） ２ ２ Ｓ ４
作者简介 ： 马海健（ ９Ｏ 。 山 东安丘人 ， １７ 一） 男， 潍坊学院机 电与 车辆工程 学院讲 师 ， 工学博 士。研 究方向 ： 液态金属及 其成型控制 ， 非晶态金 属的制备 、 结构及性 能 ， 纳来功 能材料 。
一 （ ）ｐ ） ｅ（ ｘ一
要 与表 面活性 原 子数量 ａ及合 金 的 电化学 活化 能 Ａ 有关 。 Ｇ
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其 中 ：走 ｈ 为频 率 因子 （ １ ５ ； Ｇ （ Ｔ／ ） ≈ ０ 一） Ａ 为 电化 学 活化 自川 能 ； 为 单位 面 积上 的原子 数 （ １ Ｎｓ ≈ ０
潍坊
２ １６ ） ６ ０ １
摘
要 ： 基 非 晶合 金 的耐 腐蚀 性能 对其 在 功 能及 结构 材料 领 域 的 应 用具 有 重要 的工 程 意 义。本 文 铁
总 结 了微 合金 化元 素 添加 、 结构 弛豫 、 米晶化 、 纳 自由体 积等 对铁 基非 晶耐 腐蚀性 能的影 响 ， 近年 来铁 基 对
相应 的处 于平 衡 晶态 的表 面原子 ， 而其倾 向于 溶解 的表 面 活性 原 子 分 数要 高 于 其 晶态 合 金 。因 此根 据 故
公式 （） １从理 论上 说 ， 晶态合金 的电化学 腐蚀 速度 要 高于相 应 的 晶态 合金 。 非
＊ 收 稿 日期 ：０ ２ ２ １ ２ １ —０ — ８
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第 ２期
马 海健 ： 基 非 晶合 金 耐 腐 蚀 性 能 研 究进展 铁
显 示此 类合 金在 强腐 蚀性 溶液 中具 有极 佳 的耐腐 蚀性 能 。当浓 度增 加 至 ６ Ｎ ＨＣ１Ｆ 一 一Ｍｏ ，ｅ —ｃ—Ｂ — Ｐ合 金仍 会 产生 自发 钝 化 ， 仍具 有 １ ～Ａ／ ０ ｍ 的钝 化 电 流密 度 ， 继续 增 加 浓度 至 １Ｎ ＨＣ ， ２ １当阳极 极 化至 １５ 时 ，ｅ ｒ ．Ｖ Ｆ —Ｃ —Ｍ０ 一ｃ—Ｂ—Ｐ合金 仍 没 有 发生 点 蚀 ， 示 Ｐ的添 加 大 幅提 高 了该 非 晶合 金 的 耐腐 蚀 显 性 能 。 该合 金具 有高 耐腐 蚀性 是 因为 Ｐ的 添加提 高 了 Ｆ 一（ —Ｍｏ ｅ ： ｒ —Ｃ—Ｂ合 金 的非 晶形 成 能力 ， 非 晶 使 结 构 和成分 更加 均匀 ， 形成 单一 的固溶体 相 ， 使合 金 表 面 产生 均 匀 稳 定 的钝 化 膜 ， 而提 高 了其 耐 腐 蚀性 因
广 泛 的应用 。１ ９ ９ ５年 ， 日本 东北 大学 井 上 明久 教 授课 题 组 开 发 出 了第 一 个 块 体 铁 基非 晶 ， 铁 基 非 晶 的 使 开发 应用进 人 了一 个新 的阶段 ＿ 。２ ０ ４ ０ ７年 ， ］ 哈尔 滨 ＿ 业大 学 的沈 军教 授课 题组 开 发 出 了直 径达 １ ｍｍ 的 Ｔ ６ 无 磁性 非 晶钢 ｌ 。由于非 晶钢在 室 温下呈 顺 磁特性 并 且具有 高 的强度 和 耐腐蚀 性 能 ， 的非 晶形 成 能力 ， ５ ］ 高
态 。因此在 电化学 过程 中 ， 晶态合 金表 面上 的 电荷 越 过 相 界 面 的 电化学 活 化 能 （ Ｇ ） 非 Ａ 将会 低 于 其 相应 的 晶态合 金 ， 也就 是说 ， 晶态合 金表 面 的表 面原 子 由于处 于 非 平衡 体 系 架 构 中 ， 原 子 能量 势 井要 高于 非 其
非 晶耐腐蚀 性 能及 其机 理 的研 究进展 进行 了简要 的介 绍 。 关键 词 ： 基 非 晶合 金 ； 铁 耐腐 蚀性 能 ； 米晶化 纳
中 图分类 号 ： ＴＧ１ ９ ３
文 献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：６ １ ４ ８ （０ ２ Ｏ 一Ｏ）９ ６ １ ７ － ２ ８ ２ １ ） ２ （ 一Ｏ ７
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潍 坊 学 院 学报
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然 而研究 发现 ， 某些 铁基非 晶特 别是 块体铁 基金 属玻 璃却具 有优 异 的耐腐蚀 性 能 。如早 在 １ ７ ９ ４年 日
本东北大学的增本健课题组就发现 Ｆ 一１ｃ —ｌＰ Ｃ非 晶合金在 １ ＨＣ 溶液中的耐腐蚀性能要好 ｅ ０ ｒ ３ 一７ Ｍ １ 于传统的 ３ ４ ０ 不锈钢（ ｅ ８ ｒ Ｎ ）见图 １ｌ］Ｆ —ｃ —Ｍｏ —Ｂ块体金属玻璃在高达 １ＮＨ Ｉ Ｆ —ｌｃ 一８ ｉ （ ）Ｌ ｅ ｒ ＿； 】 —ｃ ２ Ｃ 溶
涂 方法 制备 了几 种铁 基非 晶合金 热喷 涂表 面 涂层 ， 发现 这些 涂 层 在 高温 高浓 度 的 Ｃ Ｃ。溶液 中的 耐腐 蚀 ａ１
性 能要 优 于 Ｎｉ 的 ｃ一２ 基 ２合金 。高温 下对该 涂 层进 行 极 化测 试 （ 比电极 为 Ａｇ Ａｇ １， 态 ｃ一２ 参 ／ Ｃ ）锻 ２合
使其具备了良好的抗局域腐蚀的先决条件； 其次， 添加提高非晶形成能力的合金化元素如有益 的高熔点元
素 、 土元素 及有 益 的过 渡族元 素 等会提 高合 金形成 固溶 体相 的能 力 ， 稀 从而 提高合 金抵 抗 局域 腐 蚀 的钝 能 力； 最后 ， 借助 Ｘ—ｒｙｐ ｏｏｌｃｒｎｓｅｔｏｃｐ （ Ｐ ） 术 ， ａ ｈ ｔｅ ｔｏ ｐｃｒｓｏ ｙ Ｘ Ｓ 技 ｅ 人们 发 现 由 于非 晶态 合 金表 面 原 子 的活性 很高， 能够在 表 面上迅 速形成 均匀 的钝化 膜 ， 基非 晶合金 往 往 会在 样 品 表面 上形 成 ＳＯ 者水 合 铬 氢 铁 ｉ 或 氧化物 等 的钝 化膜 ＿ 使 点蚀难 以发 生 。 因此 ， 】 引， 铁基 非 晶 高 的耐 腐蚀 性 能 应 该 与其 单 相 固溶 体 结 构 和 其
图 ２ 直 径 ２ ｍ 的 块体 Ｆ Ｃ ｌ ｌ １ ａ ｒ ｅ ｒ Ｍｏ６ ８ ６ Ｃ 玻 璃 合 金 在 ＨＣ 溶 液 中的 腐 蚀 速 度 ］ Ｉ
在 ＨＣ 溶液 中 的腐 蚀 速 度 曲线 Ｅ］ １ ｔ ｔ
２ 高耐 腐蚀性 铁基 非 晶研究进 展 １７ ９ ４年 ， 日本 东北 大学 金属材 料研 究所 的桥 本 功 二发 现 含 铬 的 Ｆ —ｍｅａｌｉ 晶合 金 条 带在 ＨＣ ｅ ｔｌ ｄ非 ｏ １
非 晶态合 金 由于具 有长程 无 序短程 有 序 的结构 特性 而使 其具有 独 特 的物 理 、 学性 能 。 自 １ ６ 杜 化 ９ ７年
威 茨 开发 出世 界上第 一 个 铁 基 非 晶之 后 ， 于其 具 有 优 异 的软 磁 性 能而 引发 了世 界 范 围 的非 晶 研 究 热 由 潮 ＿ 。铁基 非 晶铁芯 已广 泛应 用 于配 电变压 器行业 。基于 铁基 非 晶前驱 体 的铁 基 纳米 晶 由于其 独特 的纳 １ ］ 米 晶／ 晶双相 结构 而兼 具高 磁通 密度 、 磁致 伸缩 系数 和 高有 效 磁 导 率 ， 广泛 应 用 于在 电子元 器 件 行 非 低 被 业 ｌ 。在节 能减 排 日益 紧迫 的今 天 ， 为 绿 色功 能 材 料 ， 基 非 晶／ 米 晶合 金 功 能 材 料 必将 获 得 更 为 ２ ］ 作 铁 纳
原 因是 在表 面形成 了成 分为水 合铬 氢氧化 物 的钝化膜 ＿ ｌ ¨。
近 年来 ， 高非 晶形成 的能力 的铁基 块体 玻 璃 已被 陆 续 开发 出来 ， 大直 径 已达 １ｍｍ， 最 ６ 这使 得 非 晶 合
金作 为 结构材 料 已成为 可能 ＿ ］ 。Ｐ ｎ ａ ｇ等人 用铜模 铸造 法制备 了直 径 １ ｍｍ 的 Ｆ —Ｃ —Ｍｏ —Ｂ系 ～２ ｅ ｒ —Ｃ 列 大块玻 璃金 属棒 ， 其约 化玻 璃转 变温度 达 到了 ０ ６ 表 现 了极高 的非 晶形 成 能力 。该 成 分 的金 属玻 璃在 ．，
金 在 阳极极化 至 ＋０ １ 时 ， ．Ｖ 钝化 膜 即遭 到破 坏 ， Ｓ 而 ＡＭ１ ５ 合 金 （ ｅ Ｃｒ ６１ Ｆ Ｍｏ Ｙ２ 极化 至 ＋ １ Ｏ ８ Ｂ Ｃ ） ． Ｖ
时钝化 膜还 没有 被破 坏［ ｊ 竹。
３ 元 素添 加对 铁基 非晶 耐腐蚀 性能 的影 响
液 中仍具 有极 低 的腐 蚀 速率 （ 图 ２ Ⅲ 见 ）】 。铁基 非 晶合 金 的 高耐 腐蚀 性 ， 先 是 由于 非 晶合 金 具有 单 相 固 首 溶 体结 构 ， 存在 晶界 、 不 位错 和层错 等结 构缺 陷 ， 没有成 分偏 析和第 二相 析 出 ， 也 这种 组织 和成 分 的均 匀性
第ｌ ２卷第 ２期
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潍 坊 学院 学报
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铁 基 非 晶合 金 耐 腐 蚀 性 能 研 究 进 展
马 海 健
（ 潍坊 学 院 ，山东