具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜及其制备和腐蚀方法技术

本发明专利技术提供一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜及其制备和腐蚀方法，该多层膜包括FeAl3与四元MAB相两种金属间化合物，FeAl3与四元MAB相交替分布。该多层膜及其制备方法简单，制备的多层膜致密，与基体结合较好，能够延长腐蚀路径，增大耐腐蚀时间，能够很好地保护钢基体。够很好地保护钢基体。够很好地保护钢基体。

【技术实现步骤摘要】
具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜及其制备和腐蚀方法


[0001]本专利技术涉及新型材料领域，特别涉及一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜及其制备和腐蚀方法。

技术介绍

[0002]腐蚀是一种悄然进行的破坏，材料尤其是金属材料都遭受着严苛的腐蚀，进而缩短了其服役寿命。探索新型防腐技术与方法，迫在眉睫，却也任重道远。相比提高金属整体材料耐腐蚀性能，表面处理具有低成本、快捷、高效等优点。故诸如有机涂层、金属喷涂、热浸镀等表面处理技术能在海水防腐领域被广泛应用。其中，多层膜扮演了非常重要的角色。一般情况多层膜主要采用电沉积、3D打印等方法制备，层与层之间的结合力、孔洞及残余应力等缺陷难以解决，进而限制了其耐腐蚀性能的进一步提升。
[0003]MAB（M=Cr、Mo等过渡族金属元素，A=Al元素，B=B元素）相是一种新型层状结构材料，具有优异的耐腐蚀、抗高温氧化等性能，近年来得到科研工作者的广泛关注。现有的MAB相主要有：Cr2AlB2、Cr3AlB4、Cr4AlB6及MoAlB等三元MAB相。也有少量诸如(Mo
2/3
Sc
1/3)
AlB2、(Mo
2/3
Y
1/3
)AlB2等四元MAB相的报道，其特点是该四元MAB相中的M被不同过渡族金属元素置换，且制备工艺复杂，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜及其制备和腐蚀方法，能够延长腐蚀路径，增大耐腐蚀时间，保护钢基体。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜，包括FeAl3与四元MAB相两种金属间化合物，FeAl3与四元MAB相交替分布。
[0006]优选的方案中，所述四元MAB相为Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B金属间化合物，A包括Al和Zn。
[0007]优选的方案中，所述FeAl3与四元MAB相组成的多层膜连续覆盖在钢基体上而不间断，且与基体近似平行分布。
[0008]本专利技术还提供一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一、制备：制备Fe
‑
Cr
‑
B铸钢；步骤二、热浸镀：将步骤一中获得的Fe
‑
Cr
‑
B铸钢浸入到Zn
‑
xAl合金熔体中进行热浸镀反应，然后将试样提出，空冷，在固液反应界面生成两种金属间化合物交替组成的连续多层膜，多层膜外附着Zn
‑
xAl合金；步骤三、机械研磨：对步骤二制备的包括多层膜的Fe
‑
Cr
‑
B铸钢表面进行打磨，将多层膜外附着的Zn
‑
xAl合金打磨去除。
[0009]优选的方案中，所述步骤一中，将铸造砂型置于内通冷却水的冷铁上，进行定向凝
固，完成Fe
‑
Cr
‑
B铸钢的定向凝固制备。
[0010]优选的方案中，制备的Fe
‑
Cr
‑
B铸钢包括(Cr, Fe)2B相和Fe基体，(Cr, Fe)2B相与Fe基体在竖直方向上呈柱状平行分布。
[0011]优选的方案中，所述步骤二中，Zn
‑
xAl合金中的x的取值范围为40~90wt.%。
[0012]优选的方案中，所述步骤二中，热浸镀反应时间为10~30min，反应温度为700~800℃。
[0013]本专利技术还提供一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜的腐蚀方法，将具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜的试样用牙托粉镶样包裹，只留下一个露出多层膜的面，然后放置在恒温NaCl溶液中进行腐蚀。
[0014]本专利技术提供的一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜及其制备和腐蚀方法，具有以下有益效果：1、Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B四元MAB相中，A=Al和Zn，这与现有的四元MAB相中的M被不同过渡族金属元素置换不同，通过对A进行合金化，从而降低了MAB相的能量进而更加稳定。另外，Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B四元MAB相也不同于Cr
‑
Al
‑
B三元MAB相，Cr
‑
Al
‑
B三元MAB相中A为Al。因此，A=Al、Zn也拓展了MAB相的材料体系。
[0015]2、采用定向凝固制备Fe
‑
Cr
‑
B铸钢并进行Zn
‑
xAl合金热浸镀，在固液界面上原位生成由FeAl3与Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B两种金属间化合物交替组成的连续多层膜，该多层膜致密无缺陷，与基体结合较好。
[0016]3、四元Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B金属间化合物表现出腐蚀惰性，而FeAl3优先被溶解，腐蚀过程经历横向发展
→
纵向穿透
→
横向发展
→
纵向穿透的周期性发展，延长了腐蚀路径，增大了腐蚀时间，进而保护了钢基体。
[0017]4、在腐蚀过程中，Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B四元MAB相中的Zn、Al会选择性析出进而进一步提高了其耐腐蚀性能。
附图说明
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术采用的定向凝固装置示意图；图2为实施例1制备的多层膜的显微组织图；图3为实施例1制备的多层膜中Cr、Al、Zn元素的分布图；图4为实施例1制备的多层膜经NaCl溶液腐蚀后的横截面组织图；图5为实施例2制备的多层膜的显微组织图。
具体实施方式
[0019]实施例中的Fe
‑
Cr
‑
B铸钢通过以下方法制备：
①
配料：按所设计的合金成分，计算所需的微碳铬铁Fe
‑
58wt.%Cr
‑
0.06wt.%C、Fe
‑
18 wt.%B、Fe
‑
45 wt.%Si中间合金及生铁重量，总重量为10kg。
[0020]②
熔炼：将步骤
①
中称重好的原材料装入真空熔炼炉中。
[0021]③
定向凝固：将步骤
②
的铁水浇注到如图1所示的定向凝固装置中，砂型置于内通冷却水的冷铁上，使得凝固顺序自下往上并在竖直方向上形成(Cr, Fe)2B相与Fe基体呈柱
状平行分布的组织，并冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有腐蚀各向异性的包含新型MAB相的多层膜，其特征在于，包括FeAl3与四元MAB相两种金属间化合物，FeAl3与四元MAB相交替分布。2.根据权利要求1所述的一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜，其特征在于，所述四元MAB相为Cr
‑
Al
‑
Zn
‑
B金属间化合物，A包括Al和Zn。3.根据权利要求1所述的一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜，其特征在于，所述FeAl3与四元MAB相组成的多层膜连续覆盖在钢基体上而不间断，且与基体近似平行分布。4.一种具有腐蚀各向异性的包含新型四元MAB相的多层膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、制备：制备Fe
‑
Cr
‑
B铸钢；步骤二、热浸镀：将步骤一中获得的Fe
‑
Cr
‑
B铸钢浸入到Zn
‑
xAl合金熔体中进行热浸镀反应，然后将试样提出，空冷，在固液反应界面生成两种金属间化合物交替组成的连续多层膜，多层膜外附着Zn
‑
xAl合金；步骤三、机械研磨：对步骤二制备的包括多层膜的Fe
‑
Cr
‑
B铸钢表面进行打磨，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先满，季坤鹏，李星涛，罗洪峰，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：