专利名称：：一种测量钢铁中碳化物相电化学行为的方法
技术领域：
：本发明属于金属腐蚀与防护领域，涉及各类高碳钢、工具钢、耐磨耐蚀铸铁等含碳化物相组织的钢铁材料，特别涉及测量两相或多相钢铁材料的相间腐蚀和晶间腐蚀时，用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样，在钢铁材料的组织中把碳化物与基体分离开来，采用电化学方法测量钢铁中碳化物与基体、晶间析出相与基体的电化学行为。
背景技术：
：在腐蚀介质中，尤其在强酸性、强碱性介质中具有多相组织的金属材料发生严重晶间腐蚀和相间腐蚀。晶间腐蚀和相间腐蚀的发生，对材料的耐蚀性和耐磨性是十分有害的，它使基体对碳化物的支撑作用大幅度削弱，甚至完全丧失。碳化物裸露在外，在浆料冲刷腐蚀交互作用下，碳化物会整块发生折断，从而导致使用寿命大幅度下降。为了研究钢铁材料晶间腐蚀和相间腐蚀机理，从20世纪60年代初到70年代末，人们对钢铁中化合物相(碳化物、氮化物、金属间化合物等)的极化曲线的电化学行为作过较多的研究，但重现性和可比性都较差，均未取得令人满意的结果。化合物相试样制备主要有以下几种方法(l)冶炼法按化合物相成分计算配料比，用各种高纯金属冶炼而成。但此法得到的化合物相与实际合金中的化合物相差异很大，使其实用价值大打折扣；(2)渗层法在纯金属表面渗碳、渗氮以得到各种金属的碳化物、氮化物。但此法难以获得某种纯氮化物、纯碳化物，往往混杂一些其它类型的氮化物或碳化物，另外渗层厚度既有限，成分又不均匀，在极化过程中渗层被击穿，限制和影响了实验结果的可靠性和重现性；(3)粉末冶金法合金相粉末可直接从合金中电解提取，以保证合金相具有代表性，然后将合金相粉末压型、烧结，按粉末冶金的方法制备成块状样品。此法最大问题是无法测定或计算化合物相的真实表面积，也就是无法计算腐蚀电流密度；也无法测定化合物相的激化曲线，与其它试样没有可比性和重现性，这是粉末冶金法的致命不足。
发明内容本发明目的是提供一种测量钢铁中碳化物相腐蚀电化学行为的方法。为了实现上述目的，本发明采取如下的技术措施一种测量钢铁中碳化物相电化学行为的方法，其特征在于，该方法采用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样，具体步骤如下(1)对钢铁材料采用定向凝固技术，使碳化物定向生长，获得碳化物试棒，将试棒线切割成需要的碳化物试样；(2)用酚醛树脂镶嵌碳化物试样，其中一面打磨并抛光，用电化学腐蚀方法或深腐蚀方法将碳化物周围的基体被溶去一定深度；(3)在真空度达-1个大气压的真空条件下，将碳化物试样浸到绝缘密封胶容器中，使绝缘密封胶灌入到碳化物试样表层碳化物相之间的微细间隙中；(4)在室温中放置24小时后，将碳化物试样放在保温箱中，保温温度80°C，经60小时烘干，让绝缘密封胶固化，碳化物之间充满了绝缘密封胶，基体都被密封；然后手工打磨、抛光碳化物试样，使灌有绝缘密封胶的碳化物试样表面的碳化物暴露出来；(5)在试样的另一端焊上导电电极，并用704硅胶密封好电极；(6)然后测定碳化物相在不同腐蚀介质中的激化曲线和电化学行为。该方法采用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样，在钢铁材料的组织中把碳化物与基体分离开来，关键技术是要使块状试样组织尽可能粗大一些，采用了定向凝固技术和真空灌注绝缘密封胶(如优质酚醛清漆)，这样绝缘密封胶易于灌入空腔，达到碳化物与基体隔离，只允许碳化物相与腐蚀介质接触，测定碳化物相在不同腐蚀介质中的腐蚀电化学行为，这样才能得到满意的试验结果。该方法优点比较突出，首先碳化物就是在块状试样原位提取并富集于试样表面，碳化物真实反映实际合金中碳化物的电化学特征和行为；其次碳化物面积可用定量金相测定；最后碳化物的组成也可用X衍射仪测定。本发明的方法可以测定合金中化合物相(即碳化物、氮化物和金属间化合物等)在腐蚀介质中的电化学行为。图1是采用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样的示意图；其中，图(a)是镶嵌试样，(b)是深腐蚀试样，(c)是密封试样，(d)是打磨和抛光试样。图中的标号分别表示l.基体；2.碳化物；3.镶料；4.铜导线；5绝缘清漆。图2是三种含铬白口铸铁中碳化物形貌的SEM照片；其中，图(a)是3Cr白口铸铁中M3C型碳化物，左边是横截面，右边是纵截面；图(b)是15Cr白口铸铁中M7C3型碳化物，左边是横截面，右边是纵截面；图(c)是24Cr白口铸铁中M7C3型碳化物，左边是横截面，右边是纵截面。图3是制备碳化物试样的密封装置示意图。图4是用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样的显微组织图片。图5是用PS—16S型电化学微机控制测量系统测定极化曲线装置示意图；图中的标号分别表示l.电解槽；2.试样(工作电)；3.辅助电极；4.鲁金毛细管盐桥；5.腐蚀介质；6應和甘汞电极；7.电化学测量系统。图6是图4的三种碳化物在1NH2S04腐蚀介质中的极化曲线。下面结合附图和发明人给出的实施案例对本发明作进一步详述。具体实施方式以下是发明人给出具体实施例，需要说明的是，这些实施例只是较佳的例子，本发明并不限于这些实施例，对于本领域的技术人员，在本发明给出的范畴内进行技术特征的添加和替换，均属于本发明的保护范围。为了准确获得钢铁材料中碳化物的腐蚀电化学行为，必须首先要制备出高质量的碳化物试样，使绝缘密封胶充分灌入被腐蚀掉的基体间隙中。对碳化物与基体隔离法采取如下步骤(1)为了便于绝缘密封胶的有效填充，对钢铁材料采用定向凝固技术，使碳化物定向生长，获得碳化物试棒，将试棒线切割成需要的碳化物试样；(2)镶嵌试样，用优质酚醛树脂镶嵌粉镶嵌碳化物试样(可用体积比盐酸乙醇=1:l溶液浸泡试样)，其中一面打磨并抛光，用电化学腐蚀方法或用深腐蚀方法将碳化物周围的基体溶去一定深度；(3)在真空条件下，使绝缘密封胶(如优质酚醛清漆)能够充分灌入到试样表层碳化物相之间的微细间隙中。(4)在保温箱中使溶剂蒸发，让绝缘密封胶固化，打磨和抛光试样，使灌有密封胶试样表面的碳化物暴露出来。(5)在试样的另一端焊上导电电极，并用704硅胶密封好电极，用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样的示意图见图1，然后测定碳化物相在不同腐蚀介质中的激化曲线和电化学行为。以下是发明人给出的具体实施例。一、铬系白口铸铁碳化物试样的制备及其激化曲线的测定为了定量研究铬系白口铸铁在腐蚀介质中的相间腐蚀机理，需测定铬系白口铸铁中碳化物在腐蚀介质中的腐蚀速度和电化学行为。通过上述工作以探讨铬系白口铸铁产生相间腐蚀的根源及其驱动力，为减少和防止铬系白口铸铁发生相间腐蚀提供理论依据，下面着重介绍用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样，并测定其在腐蚀介质中的激化曲线。1.三种典型铬系白口铸铁的化学成分设计为此配制了三种典型铬系白口铸铁。它们的含碳量相同，而含铬量不同:一种为低铬(3Cr)白口铸铁，另外两种是高铬(15Cr和24Cr)白口铸铁。铬系白口铸铁的化学成分见表1。将三种试验合金试样均热处理成马氏体基体组织，碳化物数量测定在Lettz-TAS图像分析仪上进行，每个试样取30个视场测定碳化物面积分数的统计平均值。应用电子探针测定了碳化物成分，用X射线衍射仪测定了铬系白口铸铁中碳化物的组成，编号3K、15K、24K分别对应3Cr、15Cr、24Cr。铬系白口铸铁中碳化物的化学成分见表2。表l三种含铬白口铸铁的化学成分(Wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注K(Area%)—碳化物面积百分数，定量金相测试结果Crm—基体含络量，电子探针测试结果表2.碳化物化学成分(Wt%)及其显微硬度(HV)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>24K8.8056.600.750.577.23Fe2.5Cr4.5C313562.碳化物试样的制备制备碳化物试样的具体步骤如下-2.1定向凝固三种含铬白口铸铁均采用专用定向凝固设备，也可用简易定向凝固方法，进行定向凝固。试样直径为10mm，凝固速度为20mm/hr，保温温度为1440°C1450°C，使碳化物定向生长，便于绝缘密封胶灌入到碳化物的间隙中。2.2镶嵌试样将直径为10mm的棒料，线切割成OmmX10mm的试样，用优质酚醛树脂镶嵌粉，镶嵌试样，其中一面打磨并抛光。2.3深腐蚀或电化学腐蚀试样用50%盐酸+50°/。乙醇(Vol%)溶液浸泡试样，因三种含铬白口铸铁基体含铬量不同，其耐蚀性也不同。3Cr深腐蚀40小时，15Cr深腐蚀60小时，24Cr深腐蚀80小时，此时基体被腐蚀到一定深度，然后用5%氢氟酸和乙醇反复用超声波清洗并干燥。碳化物试样横截面、纵截面的扫描电镜形貌见图2。2.4真空密封试样碳化物试样的密封装置包括一个进、出气铝槽6，进、出气铝槽6上方有玻璃罩l，在进、出气铝槽6的下方有抽气阀8和放气阀9，抽气阀8上有气阀7，进、出气铝槽6内置有容器5，容器5内装有酚醛清漆4，容器5放置试样架3，试样2放置在试样架3上。将深腐蚀后的试样2置于绝缘密封胶容器的试样架3上，真空度达-l个大气压时，让试样1浸入装有酚醛清漆4的容器5中，一直保持最大真空度，使碳化物间隙之间的气体充分溢出，大约需10分钟左右后，减除真空取出试样，常温放置24小时后，经8(TCx60hr烘干，使溶剂蒸发，酚醛清漆固化，在真空条件下绝缘密封胶灌到碳化物试样的碳化物间隙中(如图3所示)。2.5打磨和抛光试样将灌有酚醛清漆的试样表面用水砂纸在水中磨平后，手工抛光，使碳化物暴露在外。在试样的另一端焊上导电电极，并用704胶密封好。碳化物之间充满了绝缘密封胶，基体被完全密封起来(见图4)。3.测定碳化物的腐蚀激化曲线电化学腐蚀试验条件如下温度为25士rC;介质为1NH2S04;腐蚀时间为24h。用PS—168型电化学微机控制测量系统，测定碳化物腐蚀极化曲线的试验装置示意图(见图5)。采用恒电位法。电化学试验参数如下A/D采样周期为ls;扫描速度为0.5mV/s;扫描范围为士900mV;参比电极为饱和甘汞电极(SCE);辅助电极为铂电极。三种碳化物在1NH2S04腐蚀介质中的极化曲线见图6，试验结果表明铬系白口铸铁中碳化物的极化曲线既没有活化区、也没有过钝化区，一直处于自钝化状态；M7C3型碳化物比M3C型碳化物更耐蚀，更稳定。权利要求1.一种测量钢铁中碳化物相电化学行为的方法，其特征在于，该方法采用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样，具体步骤如下(1)对钢铁材料采用定向凝固技术，使碳化物定向生长，获得碳化物试棒，将试棒线切割成需要的碳化物试样；(2)用酚醛树脂镶嵌碳化物试样，其中一面打磨并抛光，用电化学腐蚀方法或深腐蚀方法将碳化物周围的基体被溶去一定深度；(3)在真空度达-1个大气压的真空条件下，将碳化物试样浸到绝缘密封胶容器中，使绝缘密封胶灌入到碳化物试样表层碳化物相之间的微细间隙中；(4)在室温中放置24小时后，将碳化物试样放在保温箱中，保温温度80℃，经60小时烘干，让绝缘密封胶固化，碳化物之间充满了绝缘密封胶，基体被完全密封；然后手工打磨、抛光碳化物试样，使灌有绝缘密封胶的碳化物试样表面的碳化物暴露；(5)在试样的另一端焊上导电电极，并用704硅胶密封好电极；(6)然后测定碳化物相在不同腐蚀介质中的激化曲线和电化学行为。全文摘要本发明公开了一种测量钢铁中碳化物相电化学行为的方法。采用碳化物与基体隔离法制备碳化物试样，目的是把钢铁材料组织中的碳化物与基体分离开来。采用定向凝固技术和真空灌注绝缘密封胶，这样绝缘密封胶易于灌入到碳化物之间的微小间隙中，使碳化物与基体隔离，只允许碳化物相与腐蚀介质接触，能准确测定碳化物相在不同腐蚀介质中的激化曲线和电化学行为。该方法优点比较突出，首先，碳化物就是在块状试样原位富集，碳化物真实反映实际合金中碳化物的电化学特征和行为；其次，碳化物面积可用定量金相测定；最后，碳化物的组成可用X衍射仪测定。文档编号G01N17/02GK101236151SQ20071001919公开日2008年8月6日申请日期2007年11月27日优先权日2007年11月27日发明者张安峰,邢建东申请人:西安交通大学