Химическая гомогенность коррозионной стойкости аморфных сплавов

В принципе, коррозионная стойкость почти всех металлических материалов зависит от состава, стабильности и сплошности поверхностной пленки, а также от кинетики образования пленки. Если данный металл обладает повышенными характеристиками, такими, как быстрое образование пассивирующей пленки с высоким содержанием полезных элементов и высокой стабильностью, то коррозионная стойкость будет зависеть от однородности пассивирующей пленки. В этой связи гомогенная структура аморфных сплавов способствует образованию сплошной защитной пленки и, следовательно, высокой коррозионной стойкости.

Аморфные сплавы Fe—Mo—M пассивируются в соляной кислоте при анодной поляризации в результате образования пассивирующей пленки из гидратированного гидрооксида железа, аналогичной той, что образуется на поверхности железа в 0,5 M растворе серной кислоты. Предполагается, что пленка из гидратированного оксида Fe стабильна в 1 M растворе соляной кислоты. Тем не менее, железо не может пассивироваться в 1 M растворе соляной кислоты при анодной поляризации, и подвержено питтинговой коррозии. Было обнаружено, что пассивирующая пленка из гидратированного оксида хрома образуется на поверхности феррит-ной (19% Cr) нержавеющей стали в соляной кислоте даже при условии питтинга при анодной поляризации. Соответственно, гидратированный гидрооксид железа может образоваться на технически чистом кристаллическом железе при анодной поляризации в 1 M растворе соляной кислоты. Однако поскольку кристаллическое железо химически не гомогенно, гидратированный гидрооксид железа не может полностью покрыть всю поверхность железного образца в этой кислоте, и, оказывается, что локализованное воздействие на химически гетерогенные участки препятствует пассивации железа.

Установлено, что высокая коррозионная стойкость аморфных сплавов металл — металлоид исчезает при термообработке, приводящей к кристаллизации. Пассивируемость аморфных сплавов Fe70Cr10P13C7 и Fe42Ni36Cr14P12B6 в 1 M растворе соляной кислоты исчезает, как только в аморфной матрице образуется кристаллическая метастабильная фаза I. Наоборот, низкотемпературный отжиг аморфного сплава Fe32Ni36Cr14B12Si6 при температуре 100 или 200°С в течение 1 ч улучшает коррозионную стойкость в 10%-ном растворе хлористого железа вследствие гомогенизации сплава. Это не наблюдается в случае фосфорсодержащих сплавов и таким образом оказывается характерным для сплавов типа металл — металлоид, не содержащих Р. Ho термообработка аморфных сплавов Fe80B20 и Fe40Ni20B20 при 247°С в течение 10 дней приводит не к кристаллизации, а к охрупчиванию, и значительно увеличивает плотность тока активации в сульфатных растворах, возможно в результате ближнего расслоения на две аморфные фазы.

Интересно выяснить, что является доминирующим фактором в уменьшении коррозионной стойкости: химическая или структурная гетерогенность. Согласно работе быстрозакаленная нержавеющая сталь 304 после расплавления поверхности лазером обладает более высокой коррозионой стойкостью, чем необработанная нержавеющая сталь, поскольку при быстром охлаждении из расплавленного состояния удаляются различные по составу флуктуации. Подобно этому кристаллические сплавы Ti60Ni40 и Тi38,5Ni61,5, полученные быстрой закалкой из расплава, имеют однофазную структуpy типа TiNi с мелкими зернами и обладают высокой коррозионной стойкостью и пассивационной способностью в 1 M растворе поляной кислоты, тогда как обычные кристаллические сплавы Ti60Ni40 и Ti38,5Ni61,5 являются двухфазными и трудно пассивируются при анодной поляризации в этой кислоте. В то же время отжиг в вакууме аморфного сплава Fe70Cr10P13C7 при 350°С в течение 3,5 мес. приводит к образованию кристаллической пересыщенной фазы, средний состав которой, как предполагается, должен Сыть таким же, как окружающей ее аморфной матрицы. Тем не менее, плотность тока пассивации в 1 M растворе серной кислоты увеличивается на два порядка в результате образования пересыщенного твердого раствора в аморфной матрице.

Как описано выше, быстрозакаленные однофазные сплавы показывают достаточно высокую коррозионную стойкость, даже если они кристаллические. Однако образование кристаллической фазы того же состава, что и окружающей ее аморфной матрицы, при термообработке значительно снижает коррозионную стойкость. Так как быстрая закалка предотвращает образование различных флуктуаций по составу, кристаллические дефекты в быстрозакаленных кристаллических сплавах могут быть химически чистыми и не могут выступать в качестве участков поверхности с пониженным сопротивлением коррозии. Химически гомогенная однофазная структура аморфных сплавов без этих флуктуаций состава существенна для их высокой коррозионной стойкости.