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研究生: 高逸帆
Yih-Farn Kao
論文名稱: AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 (x = 0.15, 0.3, 0.5)高熵合金之腐蝕研究
Corrosion of AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 (x = 0.15, 0.3, 0.5) High-Entropy Alloys
指導教授: 陳瑞凱
Swe-Kai Chen
徐統
Tung Hsu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 140
中文關鍵詞: 線性極化法循環極化法電化學阻抗頻譜法浸泡法開路電位與時間關係圖複合動態線性極化與開路電位法
外文關鍵詞: Linear Sweep Voltammetry (LSV), Cyclic Voltamatry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Immersion Tset, Open Circuit Potential vs Time, LSV(t)-OCP(t)
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  • 本研究以與316不□鋼成份相近的六元AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 (x =0.15, 0.3, 0.5)高熵合金,進行包括線性極化LSV、電化學阻抗頻譜EIS、循環極化CV、浸泡實驗、複合動態線性極化與開路電位法LSV(t)-OCP(t)、以及OM, SEM, GXRD等的腐蝕研究。LSV結果顯示,(1)在0.5 M硫酸環境中,合金之抗蝕性隨Al的增加而變好,這和2006年張競謙AlxCrFe1.5MnNi0.5 (x = 0, 0.3, 0.5)和吳家豪AlxFeCoNiCrMo0.5(x = 0.5, 1, 1.5, 2)的實驗結果相反,顯示Al變量在硫酸內對抗蝕度的影響受合金背景元素的影響。(2)在0.5 M硫酸與0.25 M氯化鈉的混合溶液中,合金之抗蝕性隨Al的增加而變差,顯示在鈍化膜較不完整的情況下,本質金屬決定腐蝕性能。(3)而在1 M氯化鈉中Al含量對抗蝕性的影響則為不規律。
    由0.5 M硫酸中的EIS測試結果得知,隨著Al含量的增加,形成雙層鈍化膜的機率變大且電阻總和也變大,呼應了極化曲線的實驗結果。而在0.5 M硫酸與0.25 M氯化鈉混合溶液中循環伏安CV測試中可知,隨著鋁含量的增加,正的遲滯環增大,造成孔蝕破壞的情形也越嚴重,對照OM金相可驗證。
    由本實驗看出傳統浸泡實驗和掃描式線性極化實驗在定量上有著
    極大的誤差(約100倍),此現象在諸多文獻上皆可見到。藉著長時間
    V開路電位對時間變化分析法,與長時間浸泡後線性線性極化法的比
    較,亦即使用LSV(t)-OCP(t)法,觀察到兩者的差異係因隨著時間的增長,鈍化膜溶解造成了浸泡實驗的腐蝕速率的大量增加有關。以往有關此現象的解釋在文獻上不多見,本實驗成功減少浸泡實驗換算後電流密度,與傳統線性極化法定量上的巨大誤差。
    與鑄造態相比較,其他不同的單一熱處理態如固溶化水淬態、爐冷態、500℃2小時時效態、500℃48小時時效態、與900℃2小時時效態、900℃48小時時效態等,並未對本研究材料在腐蝕性質上有明顯
    的幫助或害處。
    本研究亦由低掠角XRD實驗,觀察到固溶化水淬態合金在0.5 M硫酸中的腐蝕膜組成,與合金中Al含量是有關的。其中,x = 0.30與x =0.50較相近,x = 0.15則不一樣。


    In this study we use linear sweep voltammetry (LSV),
    electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV),immersion test, a combined dynamic LSV(t)-OCP(t), OM, SEM, and glancing-angle XRD (GXRD) to investigate the corrosion properties of AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 (x = 0.15, 0.3, 0.5) high-entropy alloys that is similar to 316 type stainless steel. LSV results show that (1) corrosion resistance of AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 in 0.5 M sulfuric acid solution
    increases with x, which is contrary to that of AlxCrFe1.5MnNi0.5 (x = 0, 0.3,0.5) of Chang, and that of AlxFeCoNiCrMo0.5 (x = 0.5, 1, 1.5, 2) of Wu in 2006, suggesting that the corrosion properties of alloys is influenced by the environmental alloying composition. (2) The corrosion resistance of alloys in 0.5 M sulfuric acid and 0.25 NaCl mixing solution decreases with x, showing that the intrinsic alloy determines the corrosion property
    in this case of defective passive film. (3) There is irregular influence effect of x on corrosion property for alloys in 1 M NaCl solution.
    EIS results in 0.5 M sulfuric acid show the double-layer passive film is likely to form and the total electrical resistance increases as time increases, conforming results from SLV. CV tests in 0.5 M sulfuric acid +0.25 M NaCl solution show that positive hysteresis loop enlarges as Al content, manifesting the severe pitting corrosion, and conforming results from OM.
    There is an obvious deviation of about 100 times for results from conventional immersion test and from LSV, which has long been noticed but not explained in references in the past. By a combined dynamic LSV(t)-OCP(t) proposed by this study, we observe that an increase in corrosion rate due to the dissolution of the passive film after long-term immersion in corrosive solution, and the deviation between LSV and VII immersion results comes from this increase in corrosion rate. In this study we successfully reduce this deviation to a reasonable degree.
    Compared to the as-cast, each of all the other states, such as the as-solutionized & quenched, the as-furnace-cooled, the 500℃ x 2 h-aged,the 500℃ x 48 h-aged, the 900℃ x 2 h-aged, and the 900℃ x 48 h-aged,has no obvious beneficial or detrimental effects on the corrosion
    properties of alloys in this study. From G-XRD data we observe the composition of the corrosive film on the surface of the sample is related to the Al content in the alloy. Similar results are obtained for both x =
    0.30 and 0.50, but different for 0.15.

    目錄 一、前言 1 二、文獻回顧 2 2.1 高熵合金 2 2.1.1 高熵合金開發背景 2 2.1.2 高熵合金的特點 3 2.1.3 AlxCrFe1.5MnNi0.5 高熵合金 6 2.2 電化學理論 7 2.2.1 標準電位 7 2.2.2 極化(polarization) 8 2.2.3 極化掃描 10 2.2.4 Butler-Volmer equation 12 2.3 電化學量測方法 16 2.3.1 線性極化法(Linear Polarization) 16 2.3.2 循環伏安法(Cyclic Voltammetry) 18 2.3.3 電化學阻抗頻譜法(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 20 2.3.4 稱重法 24 2.3.5 長時間OCP 開路電位觀察 25 2.4 研究目的和動機 26 三、實驗步驟 28 3.1 合金成份 28 3.2 試片製備 28 3.3 試片的熱處理製程 29 3.4 電化學測試及測試參數 31 3.4.1 線性極化法 33 3.4.2 電化學阻抗頻譜分析(EIS) 34 3.4.3 循環伏安法 34 3.4.4 稱重法 34 3.4.5 長時間OCP 開路電位觀察 35 3.4.6 硫酸中以+3 V 高電位蝕刻後之SEM 金相和Mapping 35 3.4.7 以低掠角XRD 分析0.5 M 硫酸中的鈍化膜層 35 3.4.8 實驗流程圖 36 四、結果與討論 37 4.1 AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 於0.5 M 硫酸之線性極化 37 4.2 AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 於0.5 M 硫酸溶液之電化學阻抗頻譜法 51 4.3 AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1於0.5 M 硫酸 + 0.25 M NaCl 之線性極化 79 4.4 AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 於0.5 M 硫酸溶液浸泡實驗 86 4.5 線性極化法、電化學阻抗頻譜法、稱重法無法匹配的原因 90 4.6 AlxCrFe1.5MnNI0.5Mo0.1 於0.5 M H2SO4 + 0.25 M NaCl 中循環伏安法測試 96 4.7 Q15, Q30, Q50 於0.5 M 硫酸中以+ 3 V 破壞之SEM 與Mapping 122 4.8 AlxCrFe1.5MnNi0.5Mo0.1 於1 M NaCl 中之線線極化 126 4.9 Q15, Q30, Q50 之低掠角XRD 分析 132 五、結論 135 六、參考文獻 138

    1. J. W. Yeh, S. K. Chen, S. J. Lin, J. Y. Gan, T. S. Chin, T. T. Shun, C.H. Tsau, and S. Y. Chang, Adv. Eng. Meter. 6, 299 (2004)
    2. 蔡宇翔,AlXCrFe1.5MnNi0.5-(Mo, Cu)0.1, (x = 0.15, 0.3, 0.4, 0.5)高熵合金性質及微結構研究,國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文(2006)
    3. J. Kramer, Z. Phys. 37, 639 (1934)
    4. J. Kramer, Annl. Phys. 37, 19 (1934)
    5. A. Bremer, D. E. Couch, and E. K. Williams, J. Res. Natn. Bur. Stand. 44, 109 (1950)
    6. P. Duwez, Trans. Am. Soc. Metals 60, 607 (1967)
    7. H. W. Kui, A. L. Greer, and D. Turnbull, Appl. Phys. Lett. 45, 615 (1984)
    8. 黃國雄,等莫耳比多元合金系統之研究,國立清華大學材料科學
    工程研究所碩士論文(1996)
    9. 賴高廷,高亂度合金微結構及性質探討,國立清華大學材料科學
    工程研究所碩士論文(1998)
    10. 許雲翔,以FCC及BCC元素為劃分配製等莫耳多元合金系統之研
    究,國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文(2000)
    11. M. G. Fontana, Corrosion engineering, 3rd ed. (Plenum Press, New York 1986), Chap. 9
    12. B.E. Wilde, Corrosion 28, 283 (1972)
    13. H.H. Uhlig and R.W. Revie, Corrosion and Corrosion Control, 3rd ed.(John Wiley, New York, 1985), p. 429
    14. 吳家豪,AlXFeCoNiCrMo0.5 高熵合金之腐蝕及電化學性質,國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文(2006)
    15. 張競謙,AlXCrFeMnNiy 高熵合金之腐蝕及電化學性質,國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文(2006)
    16. K. M. Ismail, A. M. Fathi, and W. A. Badawy, Corrosion 60, 795 (2004)
    17. C. F. Zinola, A. M. Castro Luna, Corros. Sci. 37, 1919 (1995)
    18. M. R. F. Hurtado, P. T. A. Sumodjo, and A. V. Benedetti, Electrochim. Acta 48, 2791 (2003)
    19. F. M. Reis, H. G. de Melo, and I. Costa, Electrochim. Acta 51, 1780 (2006)
    20. I. V. Aoki, M. C. Bernard, S. I. Cordoba de Torresi, C. Deslouis, H.G. De Melo, S. Joiret, and B. Tribollet, Electrochim. Acta 46 1871 (2001)
    21. T. M. Yue, L. J. Yan, C. P. Chan, C. F. Dong, H. C. Man, and G. K. H. Pang, Surface Coating Technol. 179, 158 (2004)
    22. A. Carnot, I. Frateur, S. Zanna, B. Tribollet, I. Dubois-Brugger, and P. Marcus, Corros. Sci. 45, 2513 (2003)
    23. T. F. Wu, T. P. Cheng, and W. T. Tsai, Mater. Chem. Phys. 70, 208 (2001)
    24. J. W. Lee, J. Chinese Corros. Eng. 13, 4, 139 (1999)
    25. J. A. Paulus, G. R. Parida, R. D. Tucker, and J. B. Park, Biomaterials 18, 1690 (1997)
    26. X. Y. Li, E. Akiyama, H. Habazaki, A. Kawashima, K. Asami, and K. Hashimoto, Corros. Sci. 41,1849 (1999)
    27. G. Berthomé, B. Malki, and B. Baroux, Corros. Sci. 48, 2432 (2006)
    28. H.H. Uhlig and R.W. Revie, Corrosion and Corrosion Control, 3rd ed. (John Wiley, New York, 1985), p. 67
    29. A. Pardo, M.C. Merino, A.E. Coy, F. Viejo, R. Arrabal, and S. Feliǘ Jr., Electrochimica Acta, accepted (2007)
    30. J. R. Scully, Corrosion 56, 199 (2000)

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