《磁場、環境耦合作用下Fe-Ga合金應力腐蝕的規律及機理》是依託北京科技大學，由李金許擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁場、環境耦合作用下Fe-Ga合金應力腐蝕的規律及機理
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：李金許
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Fe-Ga合金是近十年發展起來的一種令人興奮的具有良好綜合性能的新型磁致伸縮材料，廣泛吸引了磁性研究工作者和套用器件開發者的高度關注。其飽和磁致伸縮應變約200-400ppm，介於傳統磁致伸縮材料(約20ppm)和稀土超磁致伸縮材料(如NiMnGa，5.2%)之間。但是材料的應力腐蝕及氫致開裂等環境服役性能損傷研究幾乎無人涉及。本文針對磁場、應力和環境(如濕空氣、氫)等因素，對Fe-Ga合金應力腐蝕性能進行研究：即在首先弄清其在典型環境中應力腐蝕主控機制、弄清磁場對合金斷裂韌性有無影響及影響動力學、弄清磁場對氫在材料中的擴散輸運及化學反應過程、弄清磁場對這種磁致伸縮材料在典型環境中鈍化和膜破裂兩個相互競爭過程的影響的基礎上，確定磁場影響Fe-Ga磁致伸縮材料應力腐蝕電化學過程的關鍵控制因素，明確磁場、應力、環境因素耦合作用下Fe-Ga合金應力腐蝕的規律及機理。
結題摘要
鐵鎵合金是介於傳統磁致伸縮材料和巨磁致伸縮材料之間的一種新型磁致伸縮材料，已經用於試製新型水聲換能器，由於其較低的飽和磁場和良好的綜合力學性能，近年受到國內外學者的廣泛關注。目前對Fe-Ga合金的研究主要集中在其磁致伸縮性能和微結構等方面，對其服役性能的研究鮮見報導。正是在此背景下，本項目研究了Fe-Ga合金在模擬海水中的腐蝕和應力腐蝕行為，不僅對了解這種新型材料的服役性能有重要的實用價值，同時對了解磁致伸縮材料的應力腐蝕機理有重要的理論意義。 本項目採用恆載荷試驗研究了其在模擬海水中的滯後開裂，發現Fe-Ga合金在低載荷下能夠發生滯後斷裂，即能夠發生應力腐蝕。鑄態Fe85Ga15發生應力腐蝕的門檻應力為0.34b。進一步研究發現，恆載荷斷裂時間隨陰極極化而升高，隨陽極極化而降低，表明其應力腐蝕機制為陽極溶解型。慢應變速率拉伸顯示，當應變速率在10-5/s和10-7/s之間時，強度和延伸率均降低，並且在510-7/s附近應力腐蝕敏感性有極大值。 採用恆位移載入方式原位觀察了Fe-Ga合金預裂紋的擴展，發現由於腐蝕造成裂紋尖端應力鬆弛，因而預裂紋在NaCl溶液中不發生滯後擴展。 採用浸泡失重法和慢應變速率拉伸研究了磁場的影響。發現由於磁場梯度可以移除腐蝕坑底部的順磁性物質如FeCl2等，因此平行磁場可以減輕Fe-Ga合金在NaCl溶液中的腐蝕。不同方向磁場對Fe-Ga合金在NaCl溶液中的應力腐蝕敏感性的影響不同：橫向磁場基本不產生影響，法向磁場降低其應力腐蝕敏感性，而軸向磁場卻明顯抑制其應力腐蝕。軸向磁場在試樣表面微裂紋內產生指向裂尖的場梯度力，阻礙Fe2+離開裂尖，從而減緩Fe的進一步溶解。 電化學充氫結合原位觀察確定了Fe-Ga合金產生氫鼓泡的臨界氫濃度約為0.21ppm。利用壓痕方法觀察了氫對塑性區的影響，發現Fe-Ga合金試樣表面的壓痕塑性區和壓痕下方的塑性區在充氫前後均無明顯變化，表明氫對Fe-Ga合金的局部塑性變形沒有明顯影響。這可能與該材料自身的本徵脆性有關。
