北京科技大學材料加工分析測試技術(shù)資料

1、北京科技大學材料科學與工程學院材料加工分析測試技術(shù)一分析技術(shù)在鋼鐵材料研究中的應(yīng)用作者:學號:導師:專業(yè):陳偉健S20161277趙征志材料加工2016年 12月 18日分析技術(shù)在鋼鐵材料研究中的應(yīng)用摘 要： 材料分析與測試技術(shù)是一門技術(shù)性和實驗方法性課程， 通過本課程的學習發(fā)現(xiàn)他在鋼鐵材料研究中得到了非常大的應(yīng)用， 本文主要講述材料分析與測試技術(shù)的重要性和分析技術(shù)在鋼鐵材料研究中的應(yīng)用。關(guān)鍵字： 界面分析技術(shù)；材料分析與測試技術(shù)；鋼鐵材料；材料分析與測試技術(shù)的重要性1談材料分析與測試技術(shù)的重要性，應(yīng)該先從材料的重要性談起。材料是人類社會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)， 材料的發(fā)展關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展

2、， 國防建設(shè)和人民生活水平的提高。 材料學是研究材料的一門 l 學科，其研究內(nèi)容包括材料的組成與結(jié)構(gòu)、合成、以及性質(zhì)等。材料分析與測試技術(shù)屬于材料學的范疇， 在材料的發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。材料分析與測試主要包括兩個方面內(nèi)容:一物相鑒定和分析，二是性質(zhì)和性能測試。物相鑒定和分析大致包括以下幾個部分， 即組成鑒定、 結(jié)構(gòu)研究和形貌分析。組分不同，材料不同，如鐵和木材；組分相同，結(jié)構(gòu)不同，材料也不同，如金剛石和石墨。組成和結(jié)構(gòu)相同，材料的形貌和粒徑大小不同， 性質(zhì)可能不同， 如球狀納米材料與帶狀納米材料性質(zhì)不同； 同為球狀材料， 粒子的粒徑不同其性質(zhì)也不同。 在科學研究中，無淪是天然的還是人工

3、合成的材料， 首先要做的是分析和測試， 通過分析和測試來做物相鑒定和性質(zhì)研究。在鋼鐵材料表面上的應(yīng)用鋼鐵的最大缺點是容易銹蝕， 這方面已進行過許多研究， 但根本問題還沒有解決，將來一定要作進一步的研究。對待這個問題，有從材料本身防止銹蝕的， 如不銹鋼， 和從表面作各種處理來防蝕的表面處理鋼板，如鍍錫薄鋼板。 這些方面也都希望采用界面分析技術(shù)，所以使用的范圍很廣。以下僅就此加以分別敘述。不銹鋼的鈍化膜2因為耐蝕性與表面上形成的鈍化膜的化學和物理性能有關(guān)， 所以搞清楚保護膜的結(jié)構(gòu)和成分是很重要的。 由于隨著恒電位儀的發(fā)展可以測定極化曲線， 因而便可很容易知曉不銹鋼的電化學機理。 但是為什么不銹鋼在

4、大多數(shù)環(huán)境中都能鈍化， 使腐蝕速度減小， 還是不清楚的。由橢圓對稱的測定，可知這種鈍化膜的厚度只有10八50?的很薄一層。 由于主要是運用了俄歇電子能譜和光電子能譜， 所以可根據(jù)如此薄的薄膜的成分搞清楚各種不同的基本性質(zhì)。 特別是采用光電子能譜能區(qū)別氧化膜中的O、OH、H20等，從而有助于更深入的研究。眾所周知，Cr對鈍化膜形成的影響很大，對不銹鋼和Fe-Gr合金來說，在薄膜上產(chǎn)生Cr的富集。Cr濃度達13%寸，耐蝕性顯著提高。 為此，對薄膜中Cr濃度急劇增加時所測得的結(jié)果進行了研究。就Fe-Cr 二元合金采用俄歇電子能譜儀作了Cr 的濃度和鈍化條件對膜成分關(guān)系的研究，其結(jié)果如圖 1 所示，合

5、金中Cr 的濃度越高，鈍化的時間就越大，膜中的Cr量也就越多，而膜中的Cr量越多，強度越大。另 外， Ni 等元素幾乎不產(chǎn)生富集。25 6r 3”，Q鳥4。， 0 44。4 0a*。6 。乩4。1 敗電ft M)樹城E 一起時間$行. 一狗白地圖1用俄歇電子能譜分析的鈍化膜(a)在5%H2SO4中所生成的鈍化膜的Fe, Cr量(b) Mo對Fe, Cr量的影響這些鈍化膜的主要成分可用 CrOx(OH3 - 2x 加卜點示。18-8不 銹鋼薄膜的性質(zhì)以0.4伏(相對于SCE為界限，采用光電子能譜對“O” 進行頻譜分析時，發(fā)現(xiàn)OH基的成分隨鈍化膜的電位增高而減少，低 于0.4伏時主要是水合銘氧化物

6、，高于0.4伏時是(Fe, Cr, Ni的氧化物， 但它們是由氧化物和水合氧化物所構(gòu)成的多層薄膜呢他是由MOOH構(gòu)成的單層薄膜？看法還不一致。另外，在過鈍態(tài)區(qū)所生成的薄膜幾乎都是鐵的氧化物，沒有發(fā)現(xiàn)Cr的富集。當不銹鋼在含氯離子等的陰離子水溶液中使用時，往往產(chǎn)生點蝕而使局部的鈍化膜破壞，從耐蝕性，特別是從耐點蝕性角度來看，在 高Cr的鐵素體不銹鋼中加 Mo是很有效的。曾報導過關(guān)于用俄歇電 子能譜測定SUS304, SUS316銹鋼表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有在制造中產(chǎn)生的 Mo的富集、并發(fā)現(xiàn)在重Cr酸和硝酸溶液中形成的SUS304 316、347 等不銹鋼的鈍化膜上，沒有 Mo和Si的富集，只有Cr的富集

7、。為探究其原因，利用俄歇電子能譜檢驗了在5% H2SO4 中， 00.8 伏（相對SCE電位下鈍化的Fe25Cr和Fe25Cr-3Mo合金，發(fā)現(xiàn) Mo使薄膜中Cr 的濃度顯著提高。 但從深度方向測定濃度分布則發(fā)現(xiàn)Mo 處在皮膜下，在最表面上幾乎檢查不出 Mo 。而在有氯離子存在的溶液中，則在薄膜中可檢查出有Mo 。從本測定的結(jié)果可知，在鈍化膜被破壞的部位，由于吸附著MoO4 使之再一次鈍化，所以是由于Mo 防止了活性溶解。用光電子能譜儀對不銹鋼氧化所產(chǎn)生的薄膜成分也進行了研究。不銹鋼等耐蝕合金鋼的腐蝕機理由于預(yù)備熱處理不同往往有很大差別， 采用光電子能譜和俄歇電子能譜就能對經(jīng)過預(yù)備熱處理的表面

8、成分的變化進行研究。2.2 冷軋鋼板的表面認為冷軋鋼板的表面是單純的鐵的氧化物或氫氧化物， 應(yīng)用界面分析發(fā)現(xiàn)在表面上還有各種元素富集。這種表面性狀與許多因素有關(guān)，并隨制造條件而變化。對經(jīng)酸洗工序以后的表面元素行為（包括對每一工序后）用俄歇電子能譜和離子探針進行了研究， 其結(jié)果表明， 在冷軋后的鋼板表面上，殘留有20?左右的軋制油膜，并殘存有由水帶來的Ca等。為了用堿除去油，采用正硅酸鈉脫脂以去除油，但是，這樣做的結(jié)果，產(chǎn)生了SiQ-nH2O型的二氧化硅膜，具厚度為 20-30?。在離子象中同樣可以 看到這種薄膜。在N2-5 %無氣中消除應(yīng)力（BAF退火（660C, 110小時）后，觀察到Mn、

9、 Cr、P等有明顯的偏析。表面的石墨呈大的點狀分布，添加Mn, Cr可抑制石墨的析出，而且，前面所述的二氧化硅膜 也有抑制石墨的作用，這種碳是由于表面油的分解而產(chǎn)生的，內(nèi)部的碳是由于擴散而產(chǎn)生的。另外，在連續(xù)退火時，因為時間短，二氧化 硅膜和基底相互作用小，Mn等聚集也少。采用離子探針、俄歇電子能譜和光電子能譜系統(tǒng)地研究了化學成 分、退火條件和環(huán)境氣氛對上述 C、Mn、Si、Cr、Al、P等表面偏析 的影響。在電解工序中表面析出的硅在退火時又降低。這是由于退火使鋼中的Si在表面富集。這種Si比SiC2的價數(shù)低。Mn等在500c以 上產(chǎn)生偏析（圖2）,退火時間越長濃度越高。表面富集受退火氣氛的

10、影響。特別是P在露點-20C時不富集，但在+10C時，則隨著時間增 加而增加。Mo等在最表面上均勻分布，但在內(nèi)部晶界上產(chǎn)生富集。P 也在晶界上產(chǎn)生富集。圖2 Mn的表面富集和退火溫度的關(guān)系（離子探針）這種表面富集現(xiàn)象可以通過對 Fe而言退火氣氛是還原性的，而對Mn和Si等則是氧化氣氛，Mn和Si發(fā)生選擇性氧化并向表面擴散這一點來說明。這種選擇氧化可用光電子能譜作狀態(tài)分析得到確認 （圖3）。在超高真空退火條件下，因為氣氛和鋼表面的化學反應(yīng)可以 忽略，所以表面偏析為吉布斯（Gibbs泮衡偏析，C、N、P、S等產(chǎn)生富集。在實際的退火氣氛中，即使是在保護氣氛中也不能避免Mn、Si等的選擇性氧化，這樣，就出現(xiàn)與平衡偏析有差異的現(xiàn)象。身?。蚬?（好的圖3冷軋鋼板表面的光電子能譜分析 （a）Fe, （b） Mn3總結(jié)研一通過對該課程的學習，在孫老師精彩的講授中，使我對材料 分析測試技術(shù)有了更深刻的理解，特別是孫老師上課舉的例子，特別 生動形象很容易讓我們理解。然后我通過查閱些許文獻發(fā)現(xiàn)分析技術(shù) 在鋼鐵中的已經(jīng)得到了重要的應(yīng)用， 得出以下的結(jié)論：至今用間接推 測出來的結(jié)果，作直接解釋實際的現(xiàn)象是很有用的； 尚不能預(yù)測的元 素可檢查出