[发明专利]一种Fe-Cr-B系耐腐蚀块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶合金领域，具体涉及一种具有高非晶形成能力、高硼含量以及高耐腐蚀性的Fe-Cr-B系非晶合金。

背景技术

铁基非晶合金由于其廉价的成本，较好的玻璃形成能力，良好的软磁性能、高耐磨性能以及高耐腐蚀性能在工业上显示出重要的应用价值。相比其他非晶合金，铁基非晶合金中可以容纳含量很高的B原子，可以作为核废料的中子吸收剂而不会发生晶化，而Cr的添加会显著提升铁基非晶合金的耐腐蚀性能。继铁基非晶软磁合金得到大规模产业化以来，涂层用耐磨耐腐蚀铁基非晶合金的开发与应用已经逐渐展开。

铁基非晶合金的高耐腐蚀性，首先是由于非晶合金具有单相结构，不存在晶界、位错和层错等结构缺陷；其次，非晶态合金表面原子的活性很高，含Cr较高的铁基非晶能够在表面上迅速形成均匀致命的钝化膜，使腐蚀难以发生。

1974年日本东北大学的増本健课题组发现Fe₇₀Cr₁₀P₁₃C₇非晶合金在1mol/L的HCl溶液中的耐腐蚀性能要优于传统的304不锈钢(Fe-18Cr-8Ni)。日本专利JPS58113354公布了一种含P、C或P、Si的Fe-Cr-Mo非晶合金，该非晶合金在热盐酸中表现出优异的耐腐蚀性能。日本专利JP3805601公布了一种含C的Fe-Cr基的块体非晶合金，解决了之前高Cr非晶合金非晶形成能力不足的问题，其中Fe₄₅Cr₁₅Mo₁₅C₁₅B₁₀非晶合金的临界尺寸达到2.5mm，同时具有优异的耐腐蚀性能。

美国专利US7052561B2公布了一种含Y的非晶钢，稀土元素Y的添加使得含Cr铁基非晶合金的临界尺寸得到了进一步提升，(Fe₄₃Cr₁₆Mo₁₆C₁₅B₁₀)₉₈Y₂和(Fe₄₅Co₅Cr₆Mo₁₃Mn₁₁C₁₆B₆)_98.5Y_1.5块体非晶合金的临界尺寸分别达到7mm和12mm。

美国专利US8524053B2公布了临界尺寸为9mm的Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂和非晶形成能力较差的高硼成分Fe_49.7Cr_18.1Mn_1.9Mo_7.4W_1.6B_15.2C_3.8Si_2.4非晶合金，合金牌号分别被命名为SAM1651和SAM2X5。SAM2X5合金涂层在各种复杂腐蚀环境中表现出优异的耐腐蚀性能，同时具有比传统中子吸收材料更优秀的中子吸收能力。

到目前为止，高Cr耐腐蚀铁基块体非晶合金均依赖于成分中较高的C含量或者稀土元素的添加。C含量过高会增加合金的脆性，C发生富集则会加快材料的腐蚀，是制备非晶合金涂层的不利因素；另一方面，C含量较高时，合金中能容纳的B原子量必然较低，不利于材料的中子吸收能力。添加稀土元素Y等会增加原料成本和熔炼成本，稀土的高活性可能对合金耐腐蚀性能有不利影响。因此开发出高Cr、高B、无C和无稀土的铁基块体非晶合金具有十分重要的现实意义。