液相还原法制备Co-Fe-Cr合金在NaOH溶液中腐蚀行为研究

王逸，杨滨霞，王阅，周子力，曹中秋

（沈阳师范大学化学化工学院，辽宁 沈阳 110034）

随着我国经济的迅猛发展，现代工业如何提高产能，减少损失，成为研究的重中之重，腐蚀不仅严重破坏了现代工业的发展，更是造成了直接或间接的损失。因此，研究金属材料的腐蚀原理，并采取有效手段，对现代工业降低成本，提高效率有重大意义。

纳米材料具有许多特殊性能，近年来，科学家们对纳米材料制备及腐蚀行为进行了较多的研究[1]，制备纳米晶材料有多种方法[2]，超细晶金属材料的制备和应用一直是研究的热点，但是晶粒细化对其腐蚀性能的研究则比较分散，缺少系统性的理解。

房文斌[3]等采用粉末冶金技术制备了块体超细晶 Mg-3A1-Zn合金，发现其由于HCP结构的材料晶粒尺寸对材料的强化影响更为明显。刘兆华[4]等通过采用反复镦压和等径角挤压相结合的复合挤压技术，获得了平均晶粒尺寸大约为100 nm至几百纳米的等轴超细晶铝合金。且试样3个垂直面的硬度值增加了1倍，抗拉强度增加，但伸长率下降，发现复合挤压比等径角挤压对试样的力学性能影响更剧烈。樊明德、袁鹏[5]等采用化学液相还原法制备纳米铁。总结了纳米铁制备过程中容易团聚和氧化两个关键问题。沈长斌[6]通过静态失重试验,动电位极化曲线,电化学阻抗谱(EIS)实验,研究了块体纳米工业纯铁(BNIPI)和粗晶工业纯铁棒(CGPIR)在室温1 mol·L-1盐酸溶液中的腐蚀行为。BNIPI 抗盐酸的腐蚀能力与CGPIR相比,不但没有下降,相反有所增强。Miyamoto[7]等研究了超细晶纯铜与粗晶铜的腐蚀行为，Amnuaysak Chianpairot[8]研究了反脉冲电沉积纳米镍钨合金在pH=3和10的NaCl（3.5%，质量分数）溶液中的腐蚀行为，并对其作为晶粒尺寸进行了分析。电势极化研究表明，在碱性条件下，nc Ni-W的腐蚀速率一般随晶粒尺寸的减小而增大，而在酸性环境下，随着晶粒尺寸的减小而减小。虽然科学家们展开了一部分纳米材料的抗腐蚀性能研究，但对于纳米材料晶粒尺寸大小对抗腐蚀性能的影响等方面不甚清晰，所以本文通过液相还原法制备出LPR Fe-40Co-20Cr合金粉末，通过粉末冶金法制备出常规尺寸的PM Fe-40Co-20Cr合金粉末，通过真空热压技术压制成两种块体合金，并对两种合金的电化学行为进行对比，研究两种合金在NaOH溶液中的腐蚀行为以及金属耐蚀性和晶粒细化的关系。

1 实验部分

将CoCl2和FeCl2按一定的比例加入水和乙醇中配成混合液，搅拌添加下加入一定量的纳米Cr粉和PVP。接下来逐滴加入碱性溶液调节其pH 在11～12之间，加热后还原剂N2H4后，将溶液常温放置一晚。最后进行抽滤，烘干，得到 LPR Co-40Fe-20Cr合金粉末。

将质量分数为99.99%的纯Fe粉、Co粉和Cr粉，以 2∶2∶1的质量比例放入球磨罐中，通入氩气作为保护气，密封后，球磨0.5 h后得到常规尺寸的PM Co-40Fe-20Cr粉末。

然后利用真空热压技术将 PM Co-40Fe-20Cr粉末和LPR Co-40Fe-20Cr粉末压成块体合金，致密度均为97%以上。

将两种块体合金，通过线切割机，切成1 cm×2 cm×0.5 cm大小的样品，将一个面焊接导线，其余面密封，使其只露出一个工作面，将其抛光打磨后进行电化学测试。本实验采用三电极体系，待测样品（工作电极），铂电极（辅助电极），甘汞电极（参比电极），实验所使用的设备是来自于美国EG&G公司所生产的PARSTAT/MC 电化学测量系统。

2 实验结果

2.1 自腐蚀电位

图1为PM Co-40Fe-20Cr合金和LPR Co-40Fe-20Cr合金在质量分数为0.1%的NaOH溶液中自腐蚀电位随时间变化曲线。由图1可知，两种合金的自腐蚀电位随着时间的增加，波动减小，逐渐趋于稳定。PM Fe-40Co-20Cr合金的自腐蚀电位为-694 mV，LPR Fe-40Co-20Cr合金的自腐蚀电位为-342 mV。自腐蚀电位代表腐蚀倾向，LPR Fe-40Co-20Cr自腐蚀电位较高，腐蚀倾向减弱。

图1 PM Co-40Fe-20Cr和LPR Co-40Fe-20Cr合金在NaOH（0.1%，质量分数）溶液的自腐蚀电位曲线

2.2 动电位极化曲线

图2为PM Co-40Fe-20Cr合金和LPR Co-40Fe-20Cr合金在质量分数为0.1%的NaCl溶液中的动电位极化曲线。通过Cview软件进行拟合得表l。由表1可知，PM Fe-40Co-20Cr合金的腐蚀电流密度大小为9.36 μA·cm-2,LPR Co-40Fe-20Cr合金的腐蚀电流密度大小约为16.39 μA·cm-2，LPR Co-40Fe-20Cr合金的腐蚀电流密度较大，说明LPR Co-40Fe-20Cr合金的腐蚀速度较快，耐蚀性较弱。

图2 PM Co-40Fe-20Cr合金和LPR Co-40Fe-20Cr合金在NaOH（0.1%，质量分数）溶液中的动电位极化曲线

表1 PM Co-40Fe-20Cr合金和LPR Co-40Fe-20Cr合金在NaOH（0.1%，质量分数）溶液中的腐蚀电化学参数

2.3 交流阻抗谱

图3为PM Co-40Fe-20Cr合金和LPR Co-40Fe-20Cr合金在质量分数为0.1%的NaCl溶液中的交流阻抗谱，表2为通过Zview软件对交流阻抗谱拟合的等效电路和一些电化学参数。从图3岀可以看，PM Co-40Fe-20Cr合金比 Co-40Fe-20Cr合金的孤半径大，通过表2可知PM Co-40Fe-20Cr合金的传递电荷电阻为1 919 Ω·㎝²，Co-40Fe-20Cr合金的传递电荷电阻为55.79 Ω·㎝²，说明PM Co-40Fe-20Cr合金较于 Co-40Fe-20Cr合金的腐蚀速度较慢，耐蚀性较好，交流阻抗谱与动电位极化曲线测试的规律一致。

图3 PM Co-40Fe-20Cr和LPR Co-40Fe-20Cr合金的在NaOH（0.1%，质量分数）溶液中的交流阻抗谱

表2 PM Co-40Fe-20Cr和LPR Co-40Fe-20Cr合金的在NaOH（0.1%，质量分数）溶液中的等效电路元件参数

3 结 论

采用粉末冶金法制备出的常规尺寸 Co-40Fe-20Cr合金、液相还原法制备出的纳米晶 Co-40Fe-20Cr合金在质量分数为0.1%的NaCl溶液中，都会发生活性溶解现象，其中液相还原法制备的Co-40Fe-20Cr合金腐蚀电流密度较大，腐蚀速度较快。粉末冶金化法制备岀的Co-40Fe-20Cr合金的电荷传递电阻最大，与动电位极化曲线规律相符，说明粉末冶金法制备的Co-40Fe-20Cr合金耐腐蚀性在两者中为更优。