B2相FeAl的电化学氢渗透行为研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyu03
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含Al金属间化合物因其优异的抗氧化性、抗腐蚀性、抗硫化性、高比强度和高熔点等一系列优点,在航空航天、汽车工业和氚工程系统等领域具有广泛的应用前景。但其室温下氢脆问题导致极低的塑性使得FeAl难以加工成型,严重限制了其应用与发展。因此,本文从FeAl金属间化合物氢脆问题为出发点,着眼于室温下氢在FeAl合金中的渗透行为开展研究,采用电化学方法研究了粉末冶金法制备的B2相FeAl的渗氢行为,系统性获得了表面预处理、充氢电流对FeAl氢渗透的影响以及氢的渗透动力学行为。研究的结果为FeAl金属间化合物的氢脆及其机制研究奠定基础,对完善金属材料氢损伤理论也具有重要的意义。主要获得以下结论:(1)与电磁熔炼法制备的FeAl合金相比,粉末冶金法制备的B2相FeAl合金具有更致密的组织,呈现杂质较少,孔洞少且小的特点,且微观组织上出现偏析现象,偏析区中出现了类似于珠光体的黑白相间亚结构,原因在于高温高压环境使得A1有聚积的倾向,同时亚结构使得晶粒生长更大。(2)采用“化学镀-电镀”法对FeAl表面进行镀Pd预处理。过长或过短时间的化学镀会使得电镀镀膜不规则的生长,使得表面不平整,30min是较为理想的化学镀处理时间。电镀中过大的电流密度致使生长速度过快,Pd膜表面易出现孔洞与裂纹,而过小的电流密度则致使较慢的生长速度,致使膜表面疏松且覆盖率不高,在电流密度为5mA/cm2可获得了表面平整,致密无孔洞的Pd膜。(3)采用电化学方法获得了室温下FeAl合金的氢渗透行为。在293±2K下,氢在B2相FeAl中的氢渗透通量,氢扩散系数与氢溶解度伴随着充氢电流的增加而增大。在0.318A/cm2的电流密度下,氢在B2相FeAl中的有效扩散系数和溶解度分别是1.610×10-6cm2/s和9.898×10-6mol/cm3,与文献报道结果一致。(4)基于I-P-Z动力学模型获得了 FeAl中氢渗透动力学行为。氢在FeAl表面吸附反应速率常数为7.939×10-10 mol·cm-3·s-1,脱附反应速率常数为3.043×10-7mol·cm-3·s-1。脱附反应速率常数远大于吸附反应速率常数,这表明氢在B2相FeAl表面吸附渗入的过程是缓慢的,充氢端表面的H多数结合为H2逸出,极少数的H才能渗入FeAl中。
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