2024年5月30日发(作者:昌辞)
贺君良等:Fe Ga 多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究
文章编号:1001—9731(2013)14—2059-06
Fe8 Ga 多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究
贺君良 ,李金许 ,朱 洁。,乔利杰
(1.北京科技大学腐蚀与防护中心,环境断裂教育部重点实验室,北京100083;
2.北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京]00083)
摘要: 研究了新型磁致伸缩材料Fe—Ga合金的应
磁致伸缩材料,与后二者相比,Fe—Ga合金具有更优良
的机械性能 。 ,更容易制备成器件,是一种非常有潜
在应用价值的新材料,已经用于或有可能用于新型水
声换能器、声纳探测器、驱动器和麦克风等_1 器件的
应用开发。在Fe—Ga合金的应用开发之际了解其在可
力腐蚀性能。采用恒载荷和慢应变速率拉伸(SSRT)
试验,结合电化学测试技术,研究了铸态Fe Ga 多晶
在模拟海水中的应力腐蚀。结果表明,开路电位下,模
拟海水中薄板光滑试样恒载荷拉伸能够发生低于材料
抗拉强度的断裂,且断裂时间明显依赖于外加应力的
大小,外加应力愈大,断裂时间愈短。这表明铸态
Fe。 Ga 合金在模拟海水中能够发生应力腐蚀开裂
(SCC),且SCC归一化门槛应力为 /o 一0.34。慢
能的应用环境中的服役性能,是将此种材料的开发应
用走向成熟的必要过程。在许多可能的应用环境中都
存在着氯离子或者干脆就是海洋环境,因此本文开展
Fe Ga 合金在模拟海水中的应力腐蚀性能研究既具
有理论意义又具有应用背景。
关于Fe—Ga合金这种新型磁致伸缩材料的研究绝
应变速率拉伸显示,SCC敏感性在应变速率为5×
10。/S时最大,用强度损失表示为I 一(1一 / )×
100 一35 。阴极极化升高而阳极极化降低恒载荷
SCC断裂时间。这些结果初步表明铸态Fe。 Ga 合
金在模拟海水中的应力腐蚀为阳极溶解型。
关键词: Fe。 Ga 合金;应力腐蚀;模拟海水;归一化
门槛应力
大部分集中在其制备、微观结构和磁致伸缩性能
上l3。 j,而关于其腐蚀和应力腐蚀性能的研究十分鲜
见。到目前为止,关于Fe—Ga合金耐腐蚀性能的研究,
能够查阅到的只有Jayaraman等发表的两篇文
章[1 M],他们研究了Fe—Ga单晶分别在HC1、NaOH
文献标识码:A 中图分类号:TG356.16
和3.5 NaC1 3种溶液中的腐蚀行为以及磁场对腐蚀
的影响。作者开门见山地在摘要中说,这些工作是关
于Fe—Ga合金腐蚀行为的初步结果(the very first
DOI:10.3969/j.issn.1001—9731.2013.14.019
1 引 言
Fe—Ga合金以a—Fe型固溶体形式存在,稳定态以
无序A2(bcc)相结构为主。合金虽仍然保持体心立方
结构,但是由于在A2结构基础上部分晶格位置的Fe
原子(半径0.172nm)被Ga原子(半径0.181nm)替
代,使得局部区域的晶格常数由0.2867nm增大到
0.2904nm[】],从而造成了晶格畸变。另外,合金中也
measurement),而关于Fe—Ga合金的应力腐蚀性能的
文章目前尚未见报道。因此,本文对Fe。 Ga 合金在
模拟海水中的应力腐蚀性能的研究亦是该方面的基础
性结果。
2 实验材料及方法
实验所用的Fe—Ga多晶合金由北京科技大学新金
可能存在着富Ga原子团簇以及少量的有序B2、DO。
和类B。等多种相结构 ]。正是由于这些原因,Fe—Ga
合金的饱和磁致伸缩系数才会大幅度提高至(2~4)×
10 [5 (a—Fe的饱和磁致伸缩系数<2×10 )。由于
属材料国家重点实验室提供。采用纯度为99.9 的
Fe和99.99 的Ga作原材料,按照目标成分Fe。 Ga
进行配料。虽然在熔化温度下Ga比Fe具有更高的
蒸汽压,但通过小心规范熔化过程,Ga的热烧损可以
忽略。经真空感应炉熔炼,浇注成直径10ram、长度为
100mm的棒状母合金,然后在氩气保护下加热至
腐蚀和应力腐蚀性能对成分和组织结构十分敏感,可
以想象,与 —Fe相比,Fe—Ga合金中Ga原子引起的晶
格畸变以及上述微观组织结构可能的存在,即使它们
在固溶体中所占的比例很小,也必将对合金的耐腐蚀
和应力腐蚀性能产生影响。另一方面,Fe Ga合金是
继TbDyFe和NiMnGa合金之后发展起来的一种新型
1100℃,保温1h均匀化处理后,炉冷至730℃保温3h,
再随炉冷至室温,获得名义成分( ,原子分数)为
Fe Ga 的棒状试样。用光学显微镜(OM)和扫描电
子显微镜(SEM)观察了合金的金相组织以及拉伸后的
*
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51171024);北京科技大学新金属材料国家重点实验室资助项目(2009Z一04)
收到初稿日期:2012 11 07 收到修改稿日期:2013—02—05 通讯作者:李金许
作者简介:贺君良 (1987一),男,山西忻州人,硕士生,师承李金许教授,从事铁镓合金应力腐蚀研究。
助
4 分析讨论
就磁致伸缩材料来说,Fe—Ga合金是继传统磁滞
伸缩材料(Ni、Fe—Al等)和Tb—Dy—Fe稀土超磁致伸缩
材料之后出现的一种新型磁致伸缩材料,其强韧性和
磁性能介于上述二者之间,即不但具有较好的机械性
能,而且具有较大的磁致伸缩系数,被认为是新一代的
超磁致伸缩材料。抛开传统磁致伸缩材料,就新型磁
致伸缩材料来说,无论是NiMnGa还是TbDyFe,它们
的环境开裂敏感性都很强 。 。如Gebert等 研究
了多晶Ni MnGa合金的腐蚀行为,结果表明在酸溶液
中多晶Ni。MnGa具有较大的反应速度,在碱性溶液
中,反应速度较低,具有明显的阳极钝化特征。沈连成
等l_ 研究了Ni MnGa在湿空气和水中的应力腐蚀开
裂,表明在RH一70 的湿空气中,恒位移裂纹在压痕
残余应力作用下会发生滞后扩展,即存在应力腐蚀现
象;而含有1.99×10 氢的试样断裂韧性从1.9骤降
为0.4MPam l1 ,即应力腐蚀敏感性更强。Sachdeva
等L2叫研究了(TbDy)Fe 合金的腐蚀行为,结果显示,
在3.5 NaC1溶液中合金局部腐蚀严重,而在
Na SO 溶液中腐蚀较弱,更多的表现为均匀腐蚀。钮
萼等 的研究表明,在湿空气中,残余应力能引起
(Tb,Dy)Fe 压痕裂纹发生滞后扩展,即发生应力腐
蚀。由此可见,TbDyFe和NiMnGa等磁致伸缩材料
在NaC1等环境中均会发生较严重的腐蚀和应力腐蚀。
而对纯铁或者低合金钢来说,它们在NaC1溶液中
的腐蚀和应力腐蚀研究已经相当成熟。比如工业纯铁
( 一82MPa),通常在NaC1溶液中不发生应力腐
蚀 。对区熔纯铁,即使在最敏感的NaOH+
Na SiO 的混合溶液中,也不产生应力腐蚀 。但当
试样中含有一定浓度的氢时,会发生应力腐蚀,如含有
5×10 氢时,试样的氢致塑性损失可达65 以
上[2 。铁单晶( 一40MPa)光滑试样在恒载荷下电解
充氢,其氢致滞后断裂的临界应力为 。一66MPa[2 ],
表明铁单晶只有先屈服才能产生氢致滞后断裂;而用
单边缺口试样进行恒载荷实验,均能产生氢致滞后断
裂。归一化临界应力强度因子为K /K 一0.45,其中
K 、一16.6MPam“ 是铁单晶的断裂韧性。对工业纯
铁,也获得了类似的结果[ 。对低合金钢来说,通常
在NaC1溶液中也不发生应力腐蚀断裂-2 。 ,如A537、
HY100及¥355N钢等。
对于Fe—Ga合金这种化学组分稳定性介于稀土超
磁致伸缩材料和纯铁之间的材料,其在NaC1溶液中的
腐蚀已有Jayaraman等口。的报道,他们研究了Fe
15 Ga,Fe一20 Ga,Fe一27.5 Ga 3种成分的单晶分
别在HC1、NaOH和3.5 NaC1溶液中的腐蚀行为。
发现Fe—l5 Ga在3种溶液中的平均腐蚀速率分别为
0.9,0.05和0.36ram/年;长时间退火态的合金腐蚀速
材 料 201 3年第14期(44)卷
率略高于铸态,归因于长时间退火造成Ga原子更多
的富集引起的。其它两种成分的合金结果类似。作者
还研究了磁场对Fe—Ga单晶在HC1和NaC1溶液中的
腐蚀行为的影响u 。这是到目前为止能够找到的关
于Fe—Ga合金腐蚀方面仅有的两篇文章,关于应力腐
蚀的研究至今未见报道。
本文表明,Fe 。Ga 合金在模拟海水中在远低于
其抗拉强度的恒应力下能够发生滞后断裂,即存在应
力腐蚀。这说明,在Fe中加入少量Ga原子形成Fe
Ga固溶体后,其在模拟海水中的应力腐蚀敏感性与纯
铁或低碳钢相比大大增加。对这种脆性材料空拉为解
理断口,在模拟海水中慢拉伸断口仍为解理断口,宏观
形貌没有明显的区别,这是可以理解的。
参照文献[3ol,Fe在25℃时发生电极反应Fe—
Fe。 +2e时的标准电极电位为一0.440V,Ga发生Ga
—
Ga抖+3e反应的标准电极电位为一0.53V,因而
Fe—Ga合金中富Ga区电位更低,在NaC1溶液中,相对
于基体,Ga成为阳极而发生溶解。铁和铁合金在模拟
海水中发生腐蚀时,阳极反应为金属的溶解,即:
Ga—GaH+3e或Fe—Fe抖+2e
阴极反应是:
2H2()一2H +2()H和2H一+2e—+2H
如果阴极反应的原子氢能扩散进入试样并控制裂
纹的形核和扩展,这一类应力腐蚀就称为氢致开裂型
应力腐蚀。但对低强度的钢或铁合金发生氢致开裂所
需要的门槛氢浓度远比高强度钢要高,因而中性水溶
液中应力腐蚀的氢量低于发生氢致开裂要的门槛氢浓
度,故只能通过阳极溶解过程使应力腐蚀裂纹形核和
扩展[2 ,这类应力腐蚀称为阳极溶解型。图6的结果
似乎表明这一SCC属于阳极溶解型,因为阴极极化促
进氢的析出,会使试样中氢浓度升高,实验结果 示
SCC断裂时间随阴极极化电位而升高,而阳极极化使
试样的断裂时问减小,这是阳极极化促进阳极溶解造
成的。至于阳极极化电位为一110mV 时,断裂时间
升高,且实验结果具有重复性,原因有待进一步证明。
这种异常情况在其它应力腐蚀体系的研究中也有提
及 。无论如何,Fe—Ga合金在模拟海水中的应力腐
蚀机理还需要深入的研究。
慢拉伸结果显示,Fe Ga 多晶在模拟海水中的
应力腐蚀敏感性在应变速率为5×10 s时存在最大
值。这一结果可以用滑移溶解机理(阳极溶解型应力
腐蚀机理之一)来解释。该理论认为,试样在拉应力作
用下局部发生滑移,氧化膜被破坏而露出新鲜表面,破
损处相对于其它有膜覆盖的表面来说是阳极,发生择
优溶解,导致裂纹形核或扩展_1 。应力腐蚀就是膜破
裂速率和膜再钝化速率相竞争的结果。当应变速率>
1O_。。/s时,合金来不及择优溶解就发生机械断裂而不
显示应力腐蚀;应变速率为10 ~1O s时,膜破裂
的速度高于再钝化的速率,合金发生应力腐蚀断裂,但
贺君良等:Fes。Ga 多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究
由于不同应变速率对应的使膜破裂的速度不同,应力
腐蚀敏感性也不同。当应变速率<10 /s时,膜再钝
化的速率略高于膜破裂的速率,合金新鲜的表面通过
钝化而被修复,新鲜表面来不及溶解就被膜覆盖,因此
金属局部溶解时间变长,应力腐蚀敏感性变小;而在5
×1O /s时应变使膜破裂的速度大致等于再钝化的
速率,从而具有最大的应力腐蚀敏感性。
5 结 论
(1)铸态多晶Fe Ga 在模拟海水溶液中能够
发生应力腐蚀,恒载荷应力腐蚀的归一化门槛应力
o"scc/ 一0.34。慢应变速率拉伸显示,铸态多晶
Fe 。Ga 在模拟海水中存在SCC敏感性,且当£===5×
10 /s时SCC敏感性具有极大值,即 一35 。
(2) 阴极极化升高而阳极极化降低恒载荷应力
腐蚀断裂时间,显示Fe—Ga合金在模拟海水中的应力
腐蚀机理可能属于阳极溶解型。
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0f Fe85 Gal5 p0lycrystalline
Stress corrosion behavior
in simulated seawater
HE Jun-liang1。LI Jin—xu ,ZHU Jie ,QIAO Li—jie
(1.Corrosion and Protection Center,Key Laboratory for Environmental Fracture(MOE),
Universitv of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;
2. State Kev Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beij ing,
Beijing 100083,China)
Abstract:Iron-gallium(Fe Ga)alloy is a new class of magnetostrictive materials with an excellent cornb nat on
of 1arge low—fie1d magnetostriction,high mechanical strength,good ductility and low cost・This paper rep。rt
the first measurement of the stress coHosion cracking(SCC)behaviors of polycrystalline of Fe一15at Ga in sim—
ulated seawater(3.5wt NaE1)environment by using constant load test,slow strain rate tensile(SSRT)test
and combined of electrichemical method. Further the stress corrosion mechanism was discussed by coFtl b n ng
electrochemical and mechanical tests.The results showed that constant load tensile fracture can occur below the
u1timate tensile stess when smooth sheet specimens immerging in the simulated seawater at open clrcu t Poten—
tia1.And the fracture time is significantly dependent on the applied stress.The greater the applied Stress,the
sherter the time to rupture. It indicates that the SCC can occur for the Fe85 Ga L s alloy in simulated seawater・
The normalized threshold stress for SCC is / b一0.34.There is a maximal susceptibility to SCC when the
strain rate is 5×10/s,which is I ===(1一 / )×100 一35 .The fracture time decreased when anodic po—
tentia1 was imposed to the sample under constant load,while it increased when cathodic potential was done.
The results seem that the stress corrosion for Fe85 Ga1 5 in simulated seawater is controlled by anodic dissolution・
Kev words:Fe-Ga alloy;stress corrosion;simulated seawater;normalized threshold stress
(上接第2058页)
Electr0dep0siti0n and characterization of Cu2 O thin films
NING J ie-yul~。LI Yun_bai 。I IU Bang—wu ,XIA Yang ,LI Chao—be
(1. Kev I aboratory of Luminescence and Optical Information,Ministry of Education,
Institute of Optoe1ectronic Technology,BeijingJiaotong University,Beijing 100044,China;
2.Kev Laberatory of Microe1ectronics Devices and Integrated Technology,Institute of Microelectronics of
Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China)
Abstract:Cuprous oxide(Cu2 O)films were fabricated by a two—pole electrodeposited method using indi um—
doped tin oxide(ITO)covered glass substrate and Cu strip.The influence of some technological factors(p H
value,deposition Dotentia1)on Cu2 O films was studied.The as synthesized products have been systematically
characterized bv X—ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM)and X—ray photoelectron spec—
troscoDe(XPS).The results indicate that the pH value and the applied potential play important roles in the
Cu。O fihns.The oDtimum technological conditions are obtained as follows:the pH value is 5.7 5.9 and the ap
plied potential is 1.1—1.3V.What’s more,in this paper,we also put emphasize on the forming reasons of mor
phology of Cu2 O.
Key words:cuprous oxide;electr0dep0sitiOn;thin film;characterization
2024年5月30日发(作者:昌辞)
贺君良等:Fe Ga 多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究
文章编号:1001—9731(2013)14—2059-06
Fe8 Ga 多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究
贺君良 ,李金许 ,朱 洁。,乔利杰
(1.北京科技大学腐蚀与防护中心,环境断裂教育部重点实验室,北京100083;
2.北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京]00083)
摘要: 研究了新型磁致伸缩材料Fe—Ga合金的应
磁致伸缩材料,与后二者相比,Fe—Ga合金具有更优良
的机械性能 。 ,更容易制备成器件,是一种非常有潜
在应用价值的新材料,已经用于或有可能用于新型水
声换能器、声纳探测器、驱动器和麦克风等_1 器件的
应用开发。在Fe—Ga合金的应用开发之际了解其在可
力腐蚀性能。采用恒载荷和慢应变速率拉伸(SSRT)
试验,结合电化学测试技术,研究了铸态Fe Ga 多晶
在模拟海水中的应力腐蚀。结果表明,开路电位下,模
拟海水中薄板光滑试样恒载荷拉伸能够发生低于材料
抗拉强度的断裂,且断裂时间明显依赖于外加应力的
大小,外加应力愈大,断裂时间愈短。这表明铸态
Fe。 Ga 合金在模拟海水中能够发生应力腐蚀开裂
(SCC),且SCC归一化门槛应力为 /o 一0.34。慢
能的应用环境中的服役性能,是将此种材料的开发应
用走向成熟的必要过程。在许多可能的应用环境中都
存在着氯离子或者干脆就是海洋环境,因此本文开展
Fe Ga 合金在模拟海水中的应力腐蚀性能研究既具
有理论意义又具有应用背景。
关于Fe—Ga合金这种新型磁致伸缩材料的研究绝
应变速率拉伸显示,SCC敏感性在应变速率为5×
10。/S时最大,用强度损失表示为I 一(1一 / )×
100 一35 。阴极极化升高而阳极极化降低恒载荷
SCC断裂时间。这些结果初步表明铸态Fe。 Ga 合
金在模拟海水中的应力腐蚀为阳极溶解型。
关键词: Fe。 Ga 合金;应力腐蚀;模拟海水;归一化
门槛应力
大部分集中在其制备、微观结构和磁致伸缩性能
上l3。 j,而关于其腐蚀和应力腐蚀性能的研究十分鲜
见。到目前为止,关于Fe—Ga合金耐腐蚀性能的研究,
能够查阅到的只有Jayaraman等发表的两篇文
章[1 M],他们研究了Fe—Ga单晶分别在HC1、NaOH
文献标识码:A 中图分类号:TG356.16
和3.5 NaC1 3种溶液中的腐蚀行为以及磁场对腐蚀
的影响。作者开门见山地在摘要中说,这些工作是关
于Fe—Ga合金腐蚀行为的初步结果(the very first
DOI:10.3969/j.issn.1001—9731.2013.14.019
1 引 言
Fe—Ga合金以a—Fe型固溶体形式存在,稳定态以
无序A2(bcc)相结构为主。合金虽仍然保持体心立方
结构,但是由于在A2结构基础上部分晶格位置的Fe
原子(半径0.172nm)被Ga原子(半径0.181nm)替
代,使得局部区域的晶格常数由0.2867nm增大到
0.2904nm[】],从而造成了晶格畸变。另外,合金中也
measurement),而关于Fe—Ga合金的应力腐蚀性能的
文章目前尚未见报道。因此,本文对Fe。 Ga 合金在
模拟海水中的应力腐蚀性能的研究亦是该方面的基础
性结果。
2 实验材料及方法
实验所用的Fe—Ga多晶合金由北京科技大学新金
可能存在着富Ga原子团簇以及少量的有序B2、DO。
和类B。等多种相结构 ]。正是由于这些原因,Fe—Ga
合金的饱和磁致伸缩系数才会大幅度提高至(2~4)×
10 [5 (a—Fe的饱和磁致伸缩系数<2×10 )。由于
属材料国家重点实验室提供。采用纯度为99.9 的
Fe和99.99 的Ga作原材料,按照目标成分Fe。 Ga
进行配料。虽然在熔化温度下Ga比Fe具有更高的
蒸汽压,但通过小心规范熔化过程,Ga的热烧损可以
忽略。经真空感应炉熔炼,浇注成直径10ram、长度为
100mm的棒状母合金,然后在氩气保护下加热至
腐蚀和应力腐蚀性能对成分和组织结构十分敏感,可
以想象,与 —Fe相比,Fe—Ga合金中Ga原子引起的晶
格畸变以及上述微观组织结构可能的存在,即使它们
在固溶体中所占的比例很小,也必将对合金的耐腐蚀
和应力腐蚀性能产生影响。另一方面,Fe Ga合金是
继TbDyFe和NiMnGa合金之后发展起来的一种新型
1100℃,保温1h均匀化处理后,炉冷至730℃保温3h,
再随炉冷至室温,获得名义成分( ,原子分数)为
Fe Ga 的棒状试样。用光学显微镜(OM)和扫描电
子显微镜(SEM)观察了合金的金相组织以及拉伸后的
*
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51171024);北京科技大学新金属材料国家重点实验室资助项目(2009Z一04)
收到初稿日期:2012 11 07 收到修改稿日期:2013—02—05 通讯作者:李金许
作者简介:贺君良 (1987一),男,山西忻州人,硕士生,师承李金许教授,从事铁镓合金应力腐蚀研究。
助
4 分析讨论
就磁致伸缩材料来说,Fe—Ga合金是继传统磁滞
伸缩材料(Ni、Fe—Al等)和Tb—Dy—Fe稀土超磁致伸缩
材料之后出现的一种新型磁致伸缩材料,其强韧性和
磁性能介于上述二者之间,即不但具有较好的机械性
能,而且具有较大的磁致伸缩系数,被认为是新一代的
超磁致伸缩材料。抛开传统磁致伸缩材料,就新型磁
致伸缩材料来说,无论是NiMnGa还是TbDyFe,它们
的环境开裂敏感性都很强 。 。如Gebert等 研究
了多晶Ni MnGa合金的腐蚀行为,结果表明在酸溶液
中多晶Ni。MnGa具有较大的反应速度,在碱性溶液
中,反应速度较低,具有明显的阳极钝化特征。沈连成
等l_ 研究了Ni MnGa在湿空气和水中的应力腐蚀开
裂,表明在RH一70 的湿空气中,恒位移裂纹在压痕
残余应力作用下会发生滞后扩展,即存在应力腐蚀现
象;而含有1.99×10 氢的试样断裂韧性从1.9骤降
为0.4MPam l1 ,即应力腐蚀敏感性更强。Sachdeva
等L2叫研究了(TbDy)Fe 合金的腐蚀行为,结果显示,
在3.5 NaC1溶液中合金局部腐蚀严重,而在
Na SO 溶液中腐蚀较弱,更多的表现为均匀腐蚀。钮
萼等 的研究表明,在湿空气中,残余应力能引起
(Tb,Dy)Fe 压痕裂纹发生滞后扩展,即发生应力腐
蚀。由此可见,TbDyFe和NiMnGa等磁致伸缩材料
在NaC1等环境中均会发生较严重的腐蚀和应力腐蚀。
而对纯铁或者低合金钢来说,它们在NaC1溶液中
的腐蚀和应力腐蚀研究已经相当成熟。比如工业纯铁
( 一82MPa),通常在NaC1溶液中不发生应力腐
蚀 。对区熔纯铁,即使在最敏感的NaOH+
Na SiO 的混合溶液中,也不产生应力腐蚀 。但当
试样中含有一定浓度的氢时,会发生应力腐蚀,如含有
5×10 氢时,试样的氢致塑性损失可达65 以
上[2 。铁单晶( 一40MPa)光滑试样在恒载荷下电解
充氢,其氢致滞后断裂的临界应力为 。一66MPa[2 ],
表明铁单晶只有先屈服才能产生氢致滞后断裂;而用
单边缺口试样进行恒载荷实验,均能产生氢致滞后断
裂。归一化临界应力强度因子为K /K 一0.45,其中
K 、一16.6MPam“ 是铁单晶的断裂韧性。对工业纯
铁,也获得了类似的结果[ 。对低合金钢来说,通常
在NaC1溶液中也不发生应力腐蚀断裂-2 。 ,如A537、
HY100及¥355N钢等。
对于Fe—Ga合金这种化学组分稳定性介于稀土超
磁致伸缩材料和纯铁之间的材料,其在NaC1溶液中的
腐蚀已有Jayaraman等口。的报道,他们研究了Fe
15 Ga,Fe一20 Ga,Fe一27.5 Ga 3种成分的单晶分
别在HC1、NaOH和3.5 NaC1溶液中的腐蚀行为。
发现Fe—l5 Ga在3种溶液中的平均腐蚀速率分别为
0.9,0.05和0.36ram/年;长时间退火态的合金腐蚀速
材 料 201 3年第14期(44)卷
率略高于铸态,归因于长时间退火造成Ga原子更多
的富集引起的。其它两种成分的合金结果类似。作者
还研究了磁场对Fe—Ga单晶在HC1和NaC1溶液中的
腐蚀行为的影响u 。这是到目前为止能够找到的关
于Fe—Ga合金腐蚀方面仅有的两篇文章,关于应力腐
蚀的研究至今未见报道。
本文表明,Fe 。Ga 合金在模拟海水中在远低于
其抗拉强度的恒应力下能够发生滞后断裂,即存在应
力腐蚀。这说明,在Fe中加入少量Ga原子形成Fe
Ga固溶体后,其在模拟海水中的应力腐蚀敏感性与纯
铁或低碳钢相比大大增加。对这种脆性材料空拉为解
理断口,在模拟海水中慢拉伸断口仍为解理断口,宏观
形貌没有明显的区别,这是可以理解的。
参照文献[3ol,Fe在25℃时发生电极反应Fe—
Fe。 +2e时的标准电极电位为一0.440V,Ga发生Ga
—
Ga抖+3e反应的标准电极电位为一0.53V,因而
Fe—Ga合金中富Ga区电位更低,在NaC1溶液中,相对
于基体,Ga成为阳极而发生溶解。铁和铁合金在模拟
海水中发生腐蚀时,阳极反应为金属的溶解,即:
Ga—GaH+3e或Fe—Fe抖+2e
阴极反应是:
2H2()一2H +2()H和2H一+2e—+2H
如果阴极反应的原子氢能扩散进入试样并控制裂
纹的形核和扩展,这一类应力腐蚀就称为氢致开裂型
应力腐蚀。但对低强度的钢或铁合金发生氢致开裂所
需要的门槛氢浓度远比高强度钢要高,因而中性水溶
液中应力腐蚀的氢量低于发生氢致开裂要的门槛氢浓
度,故只能通过阳极溶解过程使应力腐蚀裂纹形核和
扩展[2 ,这类应力腐蚀称为阳极溶解型。图6的结果
似乎表明这一SCC属于阳极溶解型,因为阴极极化促
进氢的析出,会使试样中氢浓度升高,实验结果 示
SCC断裂时间随阴极极化电位而升高,而阳极极化使
试样的断裂时问减小,这是阳极极化促进阳极溶解造
成的。至于阳极极化电位为一110mV 时,断裂时间
升高,且实验结果具有重复性,原因有待进一步证明。
这种异常情况在其它应力腐蚀体系的研究中也有提
及 。无论如何,Fe—Ga合金在模拟海水中的应力腐
蚀机理还需要深入的研究。
慢拉伸结果显示,Fe Ga 多晶在模拟海水中的
应力腐蚀敏感性在应变速率为5×10 s时存在最大
值。这一结果可以用滑移溶解机理(阳极溶解型应力
腐蚀机理之一)来解释。该理论认为,试样在拉应力作
用下局部发生滑移,氧化膜被破坏而露出新鲜表面,破
损处相对于其它有膜覆盖的表面来说是阳极,发生择
优溶解,导致裂纹形核或扩展_1 。应力腐蚀就是膜破
裂速率和膜再钝化速率相竞争的结果。当应变速率>
1O_。。/s时,合金来不及择优溶解就发生机械断裂而不
显示应力腐蚀;应变速率为10 ~1O s时,膜破裂
的速度高于再钝化的速率,合金发生应力腐蚀断裂,但
贺君良等:Fes。Ga 多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究
由于不同应变速率对应的使膜破裂的速度不同,应力
腐蚀敏感性也不同。当应变速率<10 /s时,膜再钝
化的速率略高于膜破裂的速率,合金新鲜的表面通过
钝化而被修复,新鲜表面来不及溶解就被膜覆盖,因此
金属局部溶解时间变长,应力腐蚀敏感性变小;而在5
×1O /s时应变使膜破裂的速度大致等于再钝化的
速率,从而具有最大的应力腐蚀敏感性。
5 结 论
(1)铸态多晶Fe Ga 在模拟海水溶液中能够
发生应力腐蚀,恒载荷应力腐蚀的归一化门槛应力
o"scc/ 一0.34。慢应变速率拉伸显示,铸态多晶
Fe 。Ga 在模拟海水中存在SCC敏感性,且当£===5×
10 /s时SCC敏感性具有极大值,即 一35 。
(2) 阴极极化升高而阳极极化降低恒载荷应力
腐蚀断裂时间,显示Fe—Ga合金在模拟海水中的应力
腐蚀机理可能属于阳极溶解型。
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Universitv of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;
2. State Kev Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beij ing,
Beijing 100083,China)
Abstract:Iron-gallium(Fe Ga)alloy is a new class of magnetostrictive materials with an excellent cornb nat on
of 1arge low—fie1d magnetostriction,high mechanical strength,good ductility and low cost・This paper rep。rt
the first measurement of the stress coHosion cracking(SCC)behaviors of polycrystalline of Fe一15at Ga in sim—
ulated seawater(3.5wt NaE1)environment by using constant load test,slow strain rate tensile(SSRT)test
and combined of electrichemical method. Further the stress corrosion mechanism was discussed by coFtl b n ng
electrochemical and mechanical tests.The results showed that constant load tensile fracture can occur below the
u1timate tensile stess when smooth sheet specimens immerging in the simulated seawater at open clrcu t Poten—
tia1.And the fracture time is significantly dependent on the applied stress.The greater the applied Stress,the
sherter the time to rupture. It indicates that the SCC can occur for the Fe85 Ga L s alloy in simulated seawater・
The normalized threshold stress for SCC is / b一0.34.There is a maximal susceptibility to SCC when the
strain rate is 5×10/s,which is I ===(1一 / )×100 一35 .The fracture time decreased when anodic po—
tentia1 was imposed to the sample under constant load,while it increased when cathodic potential was done.
The results seem that the stress corrosion for Fe85 Ga1 5 in simulated seawater is controlled by anodic dissolution・
Kev words:Fe-Ga alloy;stress corrosion;simulated seawater;normalized threshold stress
(上接第2058页)
Electr0dep0siti0n and characterization of Cu2 O thin films
NING J ie-yul~。LI Yun_bai 。I IU Bang—wu ,XIA Yang ,LI Chao—be
(1. Kev I aboratory of Luminescence and Optical Information,Ministry of Education,
Institute of Optoe1ectronic Technology,BeijingJiaotong University,Beijing 100044,China;
2.Kev Laberatory of Microe1ectronics Devices and Integrated Technology,Institute of Microelectronics of
Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China)
Abstract:Cuprous oxide(Cu2 O)films were fabricated by a two—pole electrodeposited method using indi um—
doped tin oxide(ITO)covered glass substrate and Cu strip.The influence of some technological factors(p H
value,deposition Dotentia1)on Cu2 O films was studied.The as synthesized products have been systematically
characterized bv X—ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM)and X—ray photoelectron spec—
troscoDe(XPS).The results indicate that the pH value and the applied potential play important roles in the
Cu。O fihns.The oDtimum technological conditions are obtained as follows:the pH value is 5.7 5.9 and the ap
plied potential is 1.1—1.3V.What’s more,in this paper,we also put emphasize on the forming reasons of mor
phology of Cu2 O.
Key words:cuprous oxide;electr0dep0sitiOn;thin film;characterization