北京科技大学材料加工分析测试技术.docx

北京科技大学材料科学与工程学院《材料加工分析测试技术》 —分析技术在钢铁材料研究中的应用作 者：_________________________学 号：_________________________导 师：_________________________专 业：_________________________2016年12月 18 日分析技术在钢铁材料研究中的应用摘要：材料分析与测试技术是一门技术性和实验方法性课程，通过本课程的学习发现他在钢铁材料研究中得到了非常大的应用，本文主要讲述材料分析与测试技术的重要性和分析技术在钢铁材料研究中的应用。关键字：界面分析技术；材料分析与测试技术；钢铁材料；1 材料分析与测试技术的重要性[1]谈材料分析与测试技术的重要性，应该先从材料的重要性谈起。材料是人类社会赖以存在和发展的物质基础，材料的发展关系到国民经济发展，国防建设和人民生活水平的提高。材料学是研究材料的一门l学科，其研究内容包括材料的组成与结构、合成、以及性质等。材料分析与测试技术属于材料学的范畴，在材料的发展过程中发挥着重要的作用。材料分析与测试主要包括两个方面内容:一物相鉴定和分析，二是性质和性能测试。物相鉴定和分析大致包括以下几个部分，即组成鉴定、结构研究和形貌分析。组分不同，材料不同，如铁和木材；组分相同，结构不同，材料也不同，如金刚石和石墨。组成和结构相同，材料的形貌和粒径大小不同，性质可能不同，如球状纳米材料与带状纳米材料性质不同；同为球状材料，粒子的粒径不同其性质也不同。在科学研究中，无沦是天然的还是人工合成的材料，首先要做的是分析和测试，通过分析和测试来做物相鉴定和性质研究。2 在钢铁材料表面上的应用钢铁的最大缺点是容易锈蚀，这方面已进行过许多研究，但根本问题还没有解决，将来一定要作进一步的研究。对待这个问题，有从材料本身防止锈蚀的，如不锈钢，和从表面作各种处理来防蚀的表面处理钢板，如镀锡薄钢板。这些方面也都希望采用界面分析技术，所以使用的范围很广。以下仅就此加以分别叙述。2.1 不锈钢的钝化膜[2]因为耐蚀性与表面上形成的钝化膜的化学和物理性能有关，所以搞清楚保护膜的结构和成分是很重要的。由于随着恒电位仪的发展可以测定极化曲线，因而便可很容易知晓不锈钢的电化学机理。但是为什么不锈钢在大多数环境中都能钝化，使腐蚀速度减小，还是不清楚的。由椭圆对称的测定，可知这种钝化膜的厚度只有10 ^50?的很薄一层。由于主要是运用了俄歇电子能谱和光电子能谱，所以可根据如此薄的薄膜的成分搞清楚各种不同的基本性质。特别是采用光电子能谱能区别氧化膜中的O 、 OH、 H20等，从而有助于更深入的研究。众所周知，Cr对钝化膜形成的影响很大，对不锈钢和Fe-Gr合金来说，在薄膜上产生Cr的富集。Cr浓度达13%时，耐蚀性显著提高。为此，对薄膜中Cr浓度急剧增加时所测得的结果进行了研究。就Fe-Cr二元合金采用俄歇电子能谱仪作了Cr的浓度和钝化条件对膜成分关系的研究，其结果如图1所示，合金中Cr的浓度越高，钝化的时间就越大，膜中的Cr量也就越多，而膜中的Cr量越多，强度越大。另外，Ni等元素几乎不产生富集。图1用俄歇电子能谱分析的钝化膜 在5%H2SO4中所生成的钝化膜的Fe, Cr量 (b) Mo对Fe, Cr量的影响这些钝化膜的主要成分可用CrOx(OH)3 - 2x ·nH2O表示。18-8不锈钢薄膜的性质以0.4伏(相对于SCE)为界限，采用光电子能谱对“O”进行频谱分析时，发现OH基的成分随钝化膜的电位增高而减少，低于0.4伏时主要是水合铬氧化物，高于0.4伏时是( Fe, Cr, Ni)的氧化物，但它们是由氧化物和水合氧化物所构成的多层薄膜呢?还是由MOOH构成的单层薄膜?看法还不一致。另外，在过钝态区所生成的薄膜几乎都是铁的氧化物，没有发现Cr的富集。当不锈钢在含氯离子等的阴离子水溶液中使用时，往往产生点蚀而使局部的钝化膜破坏，从耐蚀性，特别是从耐点蚀性角度来看，在高Cr的铁素体不锈钢中加Mo是很有效的。曾报导过关于用俄歇电子能谱测定SUS304, SUS316不锈钢表面，结果发现有在制造中产生的Mo的富集、并发现在重Cr酸和硝酸溶液中形成的SUS304、316、347等不锈钢的钝化膜上，没有Mo和Si的富集，只有Cr的富集。为探究其原因，利用俄歇电子能谱检验了在5% H2SO4中，0~0.8伏(相对SCE)电位下钝化的Fe-25Cr和Fe-25Cr-3Mo合金，发现Mo使薄膜中Cr的浓度显著提高。但从深度方向测定浓度分布则发现Mo处在皮膜下，在最表面上几乎检查不出Mo。而在有氯离子存在的溶液中，则在薄膜中