文摘

铁化学计量的影响在下令镍氢脆和氢扩散₃铁金属间化合物。实验结果表明,该命令倪₃菲合金与普通化学计量学机械性能最低,最高的易感性氢,最高的催化反应的能力。机械性能、氢脆敏感性,和吸附氢的命令倪₃铁的合金是合金的有序度的依赖。明显的氢扩散系数的命令倪₃菲合金是独立的有序度合金但取决于铁化学计量学。氢的扩散活化能降低了线性下令镍铁化学计量学₃铁的合金。

1。介绍

金属间化合物有良好的性能比强度高、耐高温、优秀的耐蚀性。但存在环境室温脆性金属间化合物(1]。环境脆性金属间化合物已经被证明是一个氢脆的过程。Fe-Ni中间合金、镍₃铁(坡莫合金)被称为软磁性2,3金属互化物,呈现出AuCu₃类型Pm3m空间群面心立方(FCC)结构。倪₃铁相是一个坚实的解决方案没有一个单独的组件。有一个无序有序转变的临界温度对倪₃铁的合金,500°C。没有H₂全身的环境为无序倪脆化₃在气态氢菲;然而,H₂全身的脆化有序合金(L1₂晶体结构)拥有相同的化学成分变得强烈4]。命令Ni的易感性₃铁的合金对氢脆有序度增加而增加(5]。倪的氢脆机理₃铁过渡元素的合金表面催化H₂在环境到H原子,分子,然后氢原子扩散到材料,负责隔离在晶界和降低了晶粒间凝聚力(6]。这种机制已经被实验结果证实adsorption-desorption镍表面的氢₃铁的合金(7,8]。B抑制环境的影响脆化的命令倪₃铝合金取决于Al合金的化学计量学。建议合金化学计量学强烈影响晶粒间的化学反应,进而影响晶粒间的凝聚力(9]。发现倪的相组成和粒度₃铁化学计量的Fe合金是独立的,铁化学计量的影响力学性能的有序合金比无序的合金(10]。明显的氢扩散系数随掺硼浓度的增大而减小下令倪₃铁的合金,镍掺杂硼₃菲合金是有效减少晶界的扩散氢(11]。因此,倪₃菲合金是一种理想的合金为研究化学计量的影响有序金属间化合物的氢脆敏感性。本文的目的是确定化学计量的影响上的氢脆机理和氢扩散下令倪₃铁金属间化合物。

2。实验的程序

几个倪₃菲合金具有不同化学计量学、Ni-18Fe Ni-22Fe, Ni-25Fe, Ni-28Fe,(。%)都是由电弧熔炼高纯镍和铁。锭是热轧的表2毫米在1050°C。然后床单被冷轧后大约1毫米厚度的减压退火。拉伸试样的仪节10×2×1毫米从床单和放电加工密封在一个石英管撤离。标本被退火无序在800°C 2 h,然后胶囊在水中被打破了。订购处理,一些障碍治疗标本密封也在撤离石英管和退火对200 h 470°C,其次是炉内冷却。进行了拉伸测试在MTS机配备了真空室。拉伸试验的气态氢,商会已经两次被疏散到压力约为2×10⁻²爸和回填与纯氢气释放储氢材料(H的纯洁性₂大约是99.999%)。所有进行拉伸试验2×10的名义应变速率常数⁻³年代⁻¹并在室温下。通过比较获得的合金的韧性是计部分断裂前后的长度。的断裂表面测试标本被扫描电子显微镜(SEM)研究了。粒间的深度(IG)断裂断口表面也由SEM原位测量。

倪的氢吸附₃铁粉与不同的化学计量学进行了脉冲吸附装置。的倪₃铁粉是由机械合金化使用纯镍和铁粉。氢吸附实验进行了在流动系统中使用一个热导检测器(TCD)监控H的变异₂浓度。详细描述的氢吸附实验(7]。

为了研究氢的铁化学计量学对扩散系数的影响,床单标本cathodically预先充电与氢在25°C, 35°C,分别或45°C 5 h。充电电流密度45 mA /厘米²是应用于揭露计量长度区域。电解液是0.5 mol / l H₂所以₄解决方案与50 mg / l NaAsO中毒₂。充电后,标本很快就先在蒸馏水冲洗,然后在丙酮和酒精,分别。空气被吹干后在室温下,标本是沉浸在液态氮限制充电氢的再分配。拉伸试验的标本进行收费的MTS机真空条件在室温和名义应变率的2×10⁻³年代⁻¹。氢的扩散系数的命令倪₃有限元计算与不同化学计量时间延迟的方法,在[描述11]。

3所示。结果与讨论

结果发现,只有单相无序倪₃菲合金具有不同化学计量,这意味着镍的化学计量学₃菲合金研究的成分不会改变合金的相组成(10]。图1说明了工程应力-应变曲线的命令Ni-18Fe Ni-25Fe合金拉伸测试在真空和气体氢。的应力-应变曲线命令Ni-22Fe和Ni-28Fe Ni-25Fe相似。的机械性能要求倪₃铁与不同化学计量测试时在真空和H₂表中列出1。图2显示最大抗拉强度之间的关系曲线()和铁的化学计量学下令倪₃铁的合金在真空和H₂。从图可以看出2那首先增加再增加然后减少铁化学计量学变化从18岁时。%至28日。%。合金的化学计量的变化改变内容和类型的点缺陷和有序度的合金的力学性能影响命令倪₃铁的合金(10]。抗拉强度的变化范围的命令倪₃菲在真空测试时比,当测试H₂。

从图可以看出2那当测试真空测试时都是高于H₂命令的倪₃菲合金具有相同化学计量学,因为氢脆的效果。氢脆的影响随铁镍的化学计量学₃铁的合金。我们定义了一个参数Δ描述氢脆的效果;Δ定义如下: 在哪里和的最大抗拉强度测试时的有序合金在真空和H₂,分别。根据图的数据2,我们可以绘制Δ曲线与(图3)。这是显示在图3,Δ价值引起氢脆的增加减少铁的化学计量学下令倪₃铁的合金。最大抗拉强度越高真空,有序合金的氢脆的影响越大。

图4说明了命令倪伸长的变化₃菲合金在真空测试时,在H₂铁化学计量学。不同抗拉强度的变化与铁化学计量学、合金延伸率的增加线性增加的程度偏离正常的化学计量学,和正常的化学计量的伸长下令倪₃研究了合金铁合金是最低的。合金的伸长率测试在H₂都低于当在真空测试命令倪₃菲拥有相同的化学计量学,因为氢脆的效果。

一般来说,材料的氢脆敏感性的特点是氢脆的因素()。氢脆的因素被定义为 在哪里是材料的伸长率在真空,当拉伸测试吗材料的伸长率,拉伸测试H₂。

倪的命令₃菲合金具有不同化学计量学也列在表1。图5显示,倪的命令₃铁的合金与铁化学计量学变化。从表可以看出1和图5那倪的命令₃菲合金增加首先然后随铁化学计量数的增加而减小。倪的命令₃铁与正常的化学计量学是最大的合金合金进行了研究。这意味着要求倪的易感性₃菲合金与氢脆的正常的化学计量学是最大的命令倪₃菲。

断口组织的命令倪₃铁与不同化学计量测试时真空显示在图6。它可以看到从图6的断裂表面命令倪₃铁与不同的化学计量学当拉伸测试在真空存在100%的穿晶断裂。但是考试的断裂面没有气态的H₂显示命令Ni-18Fe和Ni-28Fe失败混合transgranular-intergranular断裂如图7(一)和7 (c)而下令Ni-25Fe(正常的化学计量学)表现出脆性断裂,也就是说,有100%的晶间断裂(图7 (b))。因此,观察断口组织非常符合表中列出的伸长和极限抗拉强度1。

高灵敏度的实验结果通过H₂全身的环境要求倪的脆化₃菲在气态氢₂是由于增强催化反应的表面产生更多的原子氢(7]。铁化学计量学在催化能力的影响研究的冲动吸附装置。图8说明具体的命令倪吸附氢的能力₃铁粉随铁的合金化学计量学。从图可以看出8吸附氢的量的正常的化学镍₃菲在所有研究镍合金是最大的₃铁粉。这意味着有一个铁化学计量的影响催化反应产生原子氢的能力。因为之间的关系铁的化学计量学和有序度命令倪₃铁的合金(10),建议下令镍的催化反应的能力₃菲合金取决于合金的有序度。

发现氢脆的命令Ni的因素₃菲合金线性增长越来越有序度的合金(5]。根据图的结果5,下令倪₃菲合金与普通化学计量学应该有最高的有序度四个倪₃菲合金研究实验。实验结果通过镍的化学计量学的变化₃菲合金改变合金的有序度,这要求倪的力学性能的影响₃铁的合金(10]。同样,也证实了本文的铁化学计量学改变程度的顺序命令倪₃菲,下令Ni的敏感性变化₃菲氢脆。

氢脆包含一代原子和氢原子扩散氢的合金。因此,氢的扩散氢脆是重要的一步。预先充电后在不同温度下氢5 h,答题纸的力学性能Ni-22Fe标本,Ni-25Fe, Ni-28Fe被拉伸试验研究了在室温下真空。搞笑的平均深度断裂()是由SEM原位测量的值通过平均20两边测量数据的每个标本后破裂。表2显示测量值的命令倪₃菲合金与不同的化学计量比充电氢在不同的温度下。从这个表可以看出,搞笑的深度要求倪的骨折₃菲合金的增量随铁化学计量学在同一预先充电温度。明显的氢扩散系数()的命令倪₃菲合金可能被搞笑的深度计算断裂和时滞的方法11]。明显的氢扩散系数计算的命令倪₃菲合金各种化学计量学也列在表中2。从表可以看出2的变化明显的氢扩散系数的命令倪₃菲合金与深度的变化是一致的搞笑断裂时改变预先充电温度或铁化学计量学。在同一温度预先充电,倪的命令₃铁随增加铁化学计量学。的数据表2证明铁化学计量的命令倪₃Fe合金有很强的影响减少氢沿着晶界扩散。

明显的氢扩散系数之间的关系()的命令倪₃菲合金与各种铁化学计量学和互惠赦免温度如图9。之间有良好的线性关系和命令的倪₃铁的合金。从图9氢的扩散活化能(倪命令)可以估计₃菲合金,也列在表中2。图10显示之间存在线性关系的活化能氢扩散和铁化学计量学。因为正常的化学计量合金有序度最高的命令倪₃铁的合金,它可以通过上述试验结果,推导出氢的扩散系数和活化能扩散独立于合金的有序度。这个结果意味着下令镍铁化学计量的影响₃菲合金可能影响晶粒间的化学反应,进而影响氢沿着晶界扩散。

基于上述实验结果和讨论,我们推断出铁化学计量的影响对氢脆是通过改变命令Ni的有序度₃铁的合金。正常的化学镍₃菲合金有序度最高;因此它有最高的催化反应能力和对氢脆敏感性最高。但铁化学计量影响的行为影响晶粒间化学氢扩散的命令倪₃铁的合金。

4所示。结论

(1)机械性能和对氢脆的命令倪₃菲合金随铁化学计量学。(2)正常的化学镍₃菲合金力学性能最低、最高的氢脆敏感性,和最高的催化反应的能力。(3)有序度是一个关键因素影响的氢脆敏感性下令倪₃铁的合金。(4)明显的氢扩散系数和扩散氢的活化能的命令倪₃菲合金与铁化学计量的增加减少。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持下合同51271102和51271102号。作者还要感谢上海大学的仪器分析与研究中心的帮助和支持在扫描电镜的实验和分析。