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难熔金属硅化物Mo5Si3被认为是极具潜力的高温结构候选材料。但是,室温脆性大、高温强度不足阻碍了其实际应用。本文以MoO3、 Cu、Mo、Si及Al粉为原料,采用机械活化/热压烧结技术制备了Cu-Al2O3/Mo5Si3原位复合材料,采用XRD、OM、SEM和EDS等分析方法对复合材料的物相组成、显微结构和微区成分进行了分析,通过电化学和浸泡实验探讨了试样的腐蚀过程和腐蚀机理,为Mo5Si3基复合材料作为耐蚀材料的应用提供了初步的理论依据。
实验制备的Cu-Al2O3/Mo5Si3复合材料试样中主要物相是Cu、Al2O3和Mo5Si3,Cu和Al2O3与基体材料Mo5Si3具有较好的稳定性。20%Cu-20%Al2O3/Mo5Si3复合材料具有较小的晶粒尺寸,Mo5Si3、Mo3Si、Al2O3及Cu的晶粒尺寸分别为73.6nm、66.3nm、64.8nm和42.6nm,复合材料具有纳米晶结构。
热压烧结Cu-20%Al2O3/Mo5Si3复合材料组织均匀致密。随Cu含量增加,复合材料组织细化,烧结致密度提高,显微硬度降低,断裂韧性提高,强度先增加后降低。15%Cu-20%Al2O3/Mo5Si3复合材料具有最佳的综合力学性能,其显微硬度、抗压和抗弯强度及断裂韧性分别为1090HV、2160MPa、512MPa和7.33MPa.m1/2。
在H2SO4和HCl溶液中,Cu-Al2O3/Mo5Si3复合材料表现出较304不锈钢优异的耐腐蚀性,具有高的自腐蚀电位和低的自腐蚀电流,且随Cu含量的增加耐腐蚀性提高,其腐蚀失重比304不锈钢低近30倍。在NaOH溶液中,复合材料耐腐蚀性较差,与304不锈钢相当。
复合材料中的Al2O3具有好的耐H2SO4和HC1溶液腐蚀性,在腐蚀表面易形成Al2O3-SiO2复合保护层,阻止腐蚀溶液对基体的进一步侵蚀。在NaOH溶液中,由于溶液中的NaOH会溶解侵蚀复合材料表面的SiO2钝化膜,难以形成有效的保护层,导致复合材料耐腐蚀性较差。在Cu-Al2O3/Mo5Si3复合材料中,Cu为易腐蚀组元,化学稳定性较差,从而使复合材料耐腐蚀性降低。另一方面,Cu的存在提高了复合材料的烧结性能,致密度提高,减少了气孔和微观缺陷的存在,有效地避免了局部原电池的形成,耐腐蚀性提高。