姜雁斌，謝建新

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Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金組織與性能的影響

姜雁斌1, 2，謝建新1, 2

(1. 北京科技大學(xué)材料先進(jìn)制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2. 北京科技大學(xué)現(xiàn)代交通金屬材料與加工技術(shù)北京實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

研究Fe含量(1.05%~2.44%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))對(duì)CuNi10FeMn1合金組織、微觀偏析、耐海水沖刷腐蝕性能和力學(xué)性能的影響，采用SEM、能譜和XPS等手段分析合金的腐蝕產(chǎn)物膜。結(jié)果表明：CuNi10FeMn1合金中Ni、Fe元素易于富集在枝晶干，Mn元素易于富集在枝晶間；隨著Fe含量的增加，合金組織明顯細(xì)化，固溶體中的Fe含量增加；當(dāng)Fe含量從1.05%增大至1.80%時(shí)，Ni、Fe元素的偏析比分別由0.49和0.45增大到0.77和0.61，偏析程度下降；當(dāng)Fe含量繼續(xù)增大時(shí)，Ni、Fe元素的偏析比則下降為0.62~0.65和0.49~0.51，偏析程度也隨之增加。隨著Fe含量的增加，合金的腐蝕速率呈先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)Fe含量為1.80%時(shí)，合金腐蝕速率最小，表面形成致密的、缺陷較少的富Fe、Ni的腐蝕產(chǎn)物膜，對(duì)基體的保護(hù)作用增強(qiáng)，是其具有良好耐海水沖刷腐蝕性能的主要原因。隨著Fe含量的增加，CuNi10FeMn1合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度由Fe含量為1.05%時(shí)的245和90 MPa分別增大到Fe含量為2.44%時(shí)的303和151 MPa，而斷后伸長率由39.2%下降到32.8%。

CuNi10FeMn1合金；Fe含量；微觀偏析；沖刷腐蝕性能

BFe10-1-1等白銅合金具有較高的強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性能、耐腐蝕性能和抗污性能，是艦船、海水淡化等海洋工業(yè)冷凝和熱交換系統(tǒng)的重要原材料[1?3]。隨著我國海洋工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)BFe10-1-1合金的耐腐蝕性能提出了越來越高的要求，添加合金元素[4?5]和進(jìn)行表面處理[6?7]等是提高BFe10-1-1合金的耐腐蝕性能和使用壽命的有效途徑。

BFe10-1-1合金具有良好的耐腐蝕性能，是由于其表面在海水腐蝕過程中能夠形成由Cu2O和富Ni、Fe化合物組成的保護(hù)膜[8]。增加Ni元素含量可提高合金的耐腐蝕性能，但大幅度增加了合金的成本，而Fe元素價(jià)格低廉，對(duì)提高合金耐腐蝕性能的效果顯著，成為白銅合金重要的合金元素，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的BFe10-1-1合金的Fe含量為1.0%~1.5%(參考GB/T5234中BFe10-1-1標(biāo)準(zhǔn)成分)。Fe元素含量及其在基體中的存在形式顯著影響白銅合金的耐腐蝕性能[9?10]。當(dāng)Fe元素以固溶態(tài)形式存在于合金基體時(shí)，有利于提高合金的耐海水沖刷腐蝕性能，而Fe以第二相析出或以富Ni、Fe形成偏析組織則會(huì)使其耐腐蝕性能下降。相關(guān)研究表明，白銅合金中的Fe含量一般不大于2%，否則合金存在明顯的應(yīng)力腐蝕開裂傾 向[11?13]。因此，合理控制Fe元素含量及其在基體中的存在形式，是提高白銅合金耐海水沖刷腐蝕性能的關(guān)鍵[14?15]。

為此，本文作者研究Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金組織、微觀偏析、耐海水沖刷腐蝕性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律，分析不同F(xiàn)e含量合金的海水沖刷腐蝕行為，可為通過添加適量Fe含量提高現(xiàn)有BFe10-1-1合金的耐腐蝕性能和使用壽命提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 管材制備

以電解Cu(99.95%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))、純Ni(99.9%)、純Fe(99.9%)，純Mn(99.9%)為原料，采用中頻感應(yīng)爐熔煉設(shè)備制備了不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金圓錠(60 mm×150 mm)，合金熔化溫度為1250 ℃，澆注溫度為1200℃，對(duì)圓錠取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 CuNi10FeMn1合金化學(xué)成分

1.2 測試分析方法

本實(shí)驗(yàn)中采用自行設(shè)計(jì)的沖刷腐蝕設(shè)備測試CuNi10FeMn1合金耐海水沖刷腐蝕性能，沖刷腐蝕裝置示意圖如圖1所示。從合金圓錠縱截面中心部位切取尺寸15 mm×30 mm×3 mm的試樣。實(shí)驗(yàn)前，采用砂紙將試樣表面打磨光亮并清洗，試樣非暴露面用704硅膠涂封并固定在樣品架上。腐蝕介質(zhì)為人工海水，具體成分配比如下[5](每升去離子水中含量)：24.53 g NaCl，5.2 g MgCl2，4.09 g Na2SO4，1.16 g CaCl2，0.695 g KCl，0.201 g NaHCO3，最后采用NaOH調(diào)節(jié)pH值約為8，實(shí)驗(yàn)周期為15 d，實(shí)驗(yàn)溫度為室溫。每組取3個(gè)平行試樣，腐蝕速率采用失重法測量。

圖1 耐海水沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

采用MTS萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測試不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1的室溫力學(xué)性能，拉伸實(shí)驗(yàn)參照 GB/T 228—2010《金屬材料室溫拉伸實(shí)驗(yàn)》。采用LV150型光學(xué)金相顯微鏡觀察不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1合金的金相組織，所用侵蝕劑為40 mL HNO3+40 mL CH3COOH+20 mL H2O混合溶液；采用D5000型X射線衍射儀對(duì)合金的相組成進(jìn)行分析；采用能譜儀(EDS)測試合金元素的微區(qū)成分分布。采用ZEISS EVO18型掃描電子顯微鏡觀察不同F(xiàn)e含量試樣表面腐蝕形貌；利用能譜儀(EDS)和AXIS UltraDLD型光電子能譜分析儀(XPS)對(duì)不同F(xiàn)e含量試樣表面腐蝕產(chǎn)物膜的成分進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1合金的顯微組織

圖2所示為不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金組織形貌。由圖2可知，當(dāng)Fe含量為1.05%時(shí)，合金晶粒粗大，平均尺寸約為2 mm，晶粒內(nèi)部存在粗大的枝晶組織(見圖2(a))；當(dāng)Fe含量為1.42%時(shí)，合金的組織變化不明顯，與Fe含量為1.05%合金的組織相似(見圖2(b))；當(dāng)Fe含量增加至1.63%時(shí), 合金晶粒和枝晶組織明顯細(xì)化，平均晶粒尺寸約為450 μm(見圖2(c))；當(dāng)Fe含量增加至1.80%時(shí)，合金晶粒進(jìn)一步細(xì)化，平均尺寸約為300 μm，繼續(xù)增大Fe含量，晶粒和枝晶組織變化不明顯(見圖2(d)和(e))。在本實(shí)驗(yàn)條件下，隨著Fe含量的增加，合金在凝固過程中Fe元素可作為異質(zhì)形核劑和在凝固界面前沿形成成分過冷，細(xì)化了基體晶粒和枝晶組織。

圖2 不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金組織

圖3所示為不同F(xiàn)e含量合金的XRD譜。由圖3可知，不同成分CuNi10FeMn1合金XRD衍射峰均為Cu峰，但是隨著Fe含量的增加，Cu峰逐漸向高衍射角方向移動(dòng)。根據(jù)布拉格公式以及晶面間距與晶格常數(shù)之間關(guān)系可求得合金的晶格常數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Fe含量由1.05%增加到2.44%，CuNi10FeMn1合金晶格常數(shù)由3.612 ?減小到3.599 ?。Cu為面心立方結(jié)構(gòu)， Fe的原子半徑為1.26 ?，略小于Cu的原子半徑(1.28 ?)，由于Fe原子進(jìn)入-Cu基體點(diǎn)陣中，引起固溶體晶格發(fā)生畸變，使合金晶格常數(shù)減小，表明隨著Fe含量的增加，固溶體中的Fe含量逐漸增加。

圖3 不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金的XRD譜

2.2 Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金微觀偏析的影響

合金在凝固過程中容易產(chǎn)生局部區(qū)域合金元素成分分布不均勻的微觀偏析現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)中采用能譜儀(EDS)對(duì)不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金試樣橫截面進(jìn)行微區(qū)成分分析，取點(diǎn)方式如圖4(a)所示，測試結(jié)果如圖4(b)~(d)所示。

圖4 不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金元素由枝晶干至枝晶間的濃度分布

本實(shí)驗(yàn)中采用偏析比表征合金元素的微觀偏析程度[16]，偏析比為

其中：1為枝晶間溶質(zhì)濃度；2為枝晶干溶質(zhì)濃度。

由式(1)可計(jì)算不同F(xiàn)e含量試樣的合金元素偏析比，其結(jié)果如圖5所示。由圖4和5可知，CuNi10FeMn1合金存在較明顯的枝晶偏析現(xiàn)象，Ni、Fe元素的偏析比＜1，表現(xiàn)為負(fù)偏析，即Ni、Fe元素易于富集在枝晶干；而Mn元素的偏析比＞1，表現(xiàn)為正偏析，即Mn元素易于富集在枝晶間。隨著Fe含量的增大，合金中Ni、Fe元素的偏析比呈先增大后減小的趨勢(shì)；當(dāng)Fe含量從1.05%增大至1.80%時(shí)，Ni、Fe元素的偏析比分別由0.49和0.45增大到0.77和0.61，偏析程度下降；隨著Fe含量繼續(xù)增大，Ni、Fe元素的偏析比則下降為0.62~0.65和0.49~0.51，偏析程度增大。另外，隨著Fe含量的增大，Mn元素的偏析比變化較小，為1.22~1.30。

圖5 Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金元素偏析比的影響

白銅合金元素的偏析行為與其元素之間的相互化學(xué)作用密切相關(guān)。依據(jù)材料熱力學(xué)原理，活度相互作用系數(shù)可反映溶液中組元和之間的相互作用；當(dāng)為負(fù)值時(shí)，組元的加入降低組元的活度系數(shù)，使組元化學(xué)位下降，即組元的加入對(duì)組元有吸引作用；當(dāng)為正值時(shí)，則組元的加入對(duì)組元有排斥作用。相關(guān)資料表明[17]，在銅液中Fe元素的相互作用系數(shù)＜0；在Ni-Fe二元系中，F(xiàn)e元素的加入能降低Ni的活度，即＜0；在Fe-Mn系中，F(xiàn)e含量增加則使Mn的活度增大，即＞0，所以Fe元素的加入對(duì)Ni、Fe起吸引作用，而對(duì)Mn起排斥作用。Fe是負(fù)偏析元素，凝固過程中易于富集在枝晶干，F(xiàn)e含量增加后，由于對(duì)合金中Ni、Fe元素的吸引作用，使Ni和Fe元素更多的富集在枝晶干，而對(duì)Mn元素的排斥作用使Mn元素更多的富集在枝晶間。因此，增加Fe含量使CuNi10FeMn1合金的偏析程度增大。另一方面，合金微觀組織的細(xì)化程度對(duì)合金元素的偏析程度具有顯著的影響，組織細(xì)化有利于改善合金元素分布均勻性，可使合金元素的偏析程度降低。在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)Fe含量從1.08%增大至1.80%時(shí)，合金組織明顯細(xì)化，晶粒尺寸和枝晶間距減小，使Ni、Fe元素的偏析比增大，偏析程度降低。當(dāng)進(jìn)一步增大Fe含量(＞2.0%)時(shí)，合金組織細(xì)化程度變化較小，合金元素之間的相互作用成為影響合金偏析程度的主要因素，進(jìn)而導(dǎo)致Ni、Fe元素偏析比降低，偏析程度增大。

2.3 Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金耐海水沖刷腐蝕性能的影響

綜上可知，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)人力資本與企業(yè)價(jià)值關(guān)系的研究大多采用單一維度的時(shí)間序列數(shù)據(jù)或截面數(shù)據(jù)，聚焦于具體的行業(yè)或企業(yè)進(jìn)行分析。由此，本文針對(duì)商業(yè)銀行這一特殊金融服務(wù)行業(yè)，采用包含時(shí)間序列與截面兩個(gè)維度的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析。

Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金在海水沖刷腐蝕速率的影響如圖6所示。在相同海水流動(dòng)速度的條件下，隨著Fe含量的增大，腐蝕速率呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，當(dāng)Fe含量從1.05%增大至1.80%時(shí)，合金腐蝕速率從1.6467 g/(m2·d)下降到1.2572 g/(m2·d)，耐腐蝕性能提高；當(dāng)Fe含量進(jìn)一步增加時(shí)，合金腐蝕速率增大，耐腐蝕性能下降。因此，在白銅合金中加入適量的Fe元素可提高其耐海水沖刷腐蝕性能，但Fe含量過高反而會(huì)降低其耐腐蝕性能。當(dāng)Fe含量為1.80%時(shí)，合金的腐蝕速率最低，耐海水沖刷腐蝕性能最好。

圖6 不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1合金腐蝕速率的變化

CuNi10FeMn1合金的耐腐蝕性能與其腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)基體的保護(hù)作用密切相關(guān)[5]。圖7和8所示分別為沖刷腐蝕后試樣表面的腐蝕產(chǎn)物膜形貌和試樣去除腐蝕產(chǎn)物膜后的表面形貌照片。由圖7和8可知，當(dāng)Fe含量為1.05%時(shí)，腐蝕后試樣表面出現(xiàn)大量的裂紋(見圖7(a))，去除腐蝕膜后的表面出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象，尤其是貧Ni、Fe元素的枝晶間區(qū)域腐蝕程度更為嚴(yán)重(見圖8(a))。隨著Fe含量的增加，試樣表面的裂紋數(shù)量逐漸減少，腐蝕產(chǎn)物膜逐漸變得致密，合金的腐蝕程度降低。當(dāng)Fe含量增加至1.80%時(shí)，試樣表面腐蝕膜的裂紋數(shù)量明顯較少(見圖7(c))，腐蝕面較為平整，合金局部腐蝕程度較輕(見圖8(c))，以均勻腐蝕為主。當(dāng)Fe含量進(jìn)一步增加到2.02%時(shí)，腐蝕膜表面裂紋數(shù)量增多(見圖7(d))，合金的局部腐蝕程度加劇，并出現(xiàn)大而深的腐蝕坑(見圖8(d))，腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)基體的保護(hù)能力下降。

圖7 不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1合金腐蝕產(chǎn)物膜的形貌

圖8 不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1合金去除腐蝕產(chǎn)物膜后的表面形貌

為了進(jìn)一步分析Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金耐海水沖刷腐蝕性能的影響機(jī)理，采用能譜(EDS)和光電子能譜分析儀(XPS)對(duì)不同F(xiàn)e含量合金試樣的腐蝕產(chǎn)物膜的成分進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。當(dāng)Fe含量由1.05%增大至1.80%時(shí)，腐蝕產(chǎn)物膜中Fe、Ni、O含量明顯增加，表明增加Fe含量使合金形成了更多、更厚的富Fe、Ni的腐蝕產(chǎn)物膜；當(dāng)Fe含量進(jìn)一步增加到2.02%時(shí)，腐蝕產(chǎn)物膜中成分變化較小。圖9所示為Fe含量1.80%的合金腐蝕產(chǎn)物膜XPS譜。根據(jù)Fe元素標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合能(FeO?OH為711.2~711.8 eV)和測試的Fe元素結(jié)合能(=711.5 eV)可知，腐蝕產(chǎn)物膜中Fe元素以水合氧化鐵FeO?OH的形式存在。CuNi10FeMn1合金在海水沖刷腐蝕初期，由于合金存在成分偏析，不同部位存在成分濃度差異，在局部位置形成微電池。在微電池陽極上，Cu、Ni、Fe等逐漸溶解形成陽離子，進(jìn)一步發(fā)生氧化、水解等反應(yīng)形成氧化物膜附著在合金表面，對(duì)氯離子、氧等腐蝕介質(zhì)接觸合金表面具有阻礙作用，阻礙了合金進(jìn)一步腐蝕[6]，主要化學(xué)反應(yīng)如下。

表2 不同F(xiàn)e含量CuNi10FeMn1合金腐蝕產(chǎn)物膜成分

圖9 Fe含量為1.80%的CuNi10FeMn1合金腐蝕產(chǎn)物膜的XPS譜

微電池陽極：

Cu?e=Cu+(2)

2Cu++H2O=Cu2O+2H+(3)

Fe?2e=Fe2+(4)

4Fe2++6H2O+O2=4FeO?OH+8H+(5)

陰極反應(yīng)：

2H2O+O2+4e=4OH?(6)

在海水沖刷腐蝕條件下，添加Fe元素能使CuNi10FeMn1合金表面形成的Cu2O膜上附著一層致密的水合氧化鐵膜[6]。一方面能對(duì)氯離子、氧等腐蝕介質(zhì)接觸合金表面起阻礙作用，另一方面，水合氧化鐵膜能有效防止內(nèi)層Cu2O膜被沖刷破壞，因此能提高合金的耐海水沖刷腐蝕性能。當(dāng)Fe含量從1.05%增加到1.80%，合金元素偏析程度減小(見圖5)，減輕了合金在流動(dòng)海水中的局部腐蝕程度，提高了合金的耐海水沖刷腐蝕性能；另外，隨著固溶態(tài)Fe含量增大，在海水沖刷作用下形成的腐蝕產(chǎn)物膜中Fe、Ni、O等元素含量增加(見表2)，表明合金表面產(chǎn)生了更多的富Fe、Ni的FeO?OH保護(hù)膜，能有效抑制合金的進(jìn)一步腐蝕。由于上述兩方面的原因，在1.05%~1.80%范圍內(nèi)增大Fe含量，可有效提高CuNi10FeMn1合金的耐海水沖刷腐蝕性能。當(dāng)Fe含量從1.80%繼續(xù)增加到2.02%時(shí)，腐蝕產(chǎn)物膜中Fe、Ni、Cu、O等元素含量變化不大，說明Fe含量的進(jìn)一步增加對(duì)CuNi10FeMn1合金腐蝕產(chǎn)物膜的變化影響較小。然而，當(dāng)Fe含量增加到2.02%時(shí)，合金元素成分偏析程度加劇(見圖5)，易于形成局部微電池腐蝕，腐蝕程度加劇，使合金的耐海水沖刷腐蝕性能下降[8, 12]。

2.4 Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金力學(xué)性能的影響

不同F(xiàn)e含量的CuNi10FeMn1合金力學(xué)性能如圖10所示。由圖10可知，隨著Fe含量的增加，合金的強(qiáng)度增大，而斷后伸長率降低。當(dāng)Fe含量從1.05%增加到1.42%時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的增加幅度較小，繼續(xù)增大Fe含量時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的增加幅度較大，合金的抗拉強(qiáng)度由Fe含量1.05%時(shí)的245 MPa增大到Fe含量2.44%時(shí)的303 MPa，屈服強(qiáng)度由90 MPa增大到151 MPa，而斷后伸長率由39.2%下降到32.8%。

圖10 Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1力學(xué)性能的影響

Fe含量對(duì)CuNi10FeMn1合金力學(xué)性能的影響與合金組織變化密切相關(guān)。在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)Fe含量從1.05%增加到1.42%時(shí)，合金的晶粒組織變化較小，固溶體中的Fe含量略有增加(見圖3)，F(xiàn)e元素固溶強(qiáng)化作用使合金的強(qiáng)度以較小幅度增大；繼續(xù)增加Fe含量時(shí)，除了固溶體中的Fe含量增加，合金的組織明顯細(xì)化(見圖2)，在Fe元素固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的共同作用下，合金的強(qiáng)度明顯增大；另外，相關(guān)研究表明[9, 11]，隨著Fe含量的增加，合金中析出的富Ni、Fe相顆粒數(shù)量增加，析出強(qiáng)化的作用增大，使合金的強(qiáng)度增大，而斷后伸長率降低。

綜上所述可知，F(xiàn)e含量在1.05%~2.44%范圍內(nèi)變化時(shí)，隨Fe含量的增加，CuNi10FeMn1合金的耐海水沖刷腐蝕性能呈先增大后減小的趨勢(shì)，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增大，而斷后伸長率降低。綜合考慮合金的耐海水沖刷腐蝕性能和力學(xué)性能， CuNi10FeMn1合金合理的Fe含量約為1.80%。

3 結(jié)論

1) CuNi10FeMn1合金中Ni、Fe元素易于富集在枝晶干，Mn元素易于富集在枝晶間；隨著Fe含量的增加，合金組織明顯細(xì)化，固溶體中的Fe含量增加；當(dāng)Fe含量從1.05%增大至1.80%時(shí)，Ni、Fe元素的偏析比分別由0.49和0.45增大到0.77和0.61，偏析程度下降，當(dāng)Fe含量繼續(xù)增大，Ni、Fe元素的偏析比則下降為0.62~0.65和0.49~0.51，偏析程度增加。

2) 當(dāng)Fe含量在1.05%~1.80%范圍增大時(shí)，CuNi10FeMn1合金在流動(dòng)海水中的腐蝕速率逐漸減小，當(dāng)Fe含量繼續(xù)增大時(shí)，合金腐蝕速率增大；Fe含量為1.80%時(shí), 合金表面形成致密、缺陷較少的富Fe、Ni的腐蝕產(chǎn)物膜，對(duì)基體保護(hù)作用增強(qiáng)，合金具有最高的耐海水沖刷腐蝕性能。

3) 隨著Fe含量的增加，CuNi10FeMn1合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度由Fe含量1.05%時(shí)的245 MPa和90 MPa分別增大到Fe含量2.44%時(shí)的303 MPa和151 MPa，而斷后伸長率由39.2%下降到32.8%。

REFERENCES

[1] 王泉山. 國內(nèi)銅及銅合金管材市場淺析與預(yù)測[J]. 有色金屬加工, 2013, 42(5): 1?4.WANG Quan-shan. Analysis and forecast on domestic copper tube market[J]. Nonferrous Metals Processing, 2013, 42(5): 1?4.

[2] GLOVER T J. Copper-nickel alloy for the construction of ship and boat hulls[J].British Corrosion Journal, 1982, 17(4): 155?157.

[3] AULT J P, GEHRING G A. Statistical analysis of pitting corrosion in condenser tubes[J]. ASTM Special Technical Publication, 1997(3): 109?121.

[4] 張永強(qiáng). 國產(chǎn)B10合金耐海水沖刷腐蝕對(duì)比研究[J]．材料開發(fā)與應(yīng)用, 2007, 22(6): 36?39.ZHANG Yong-qiang. Comparison of seawater erosion behaviours of the home-made B10 alloy with theGermany-made[J]. Development and Application of Materials, 2007, 22(6): 36?39.

[5] 林高用, 萬迎春, 楊 偉, 魏 筆, 張勝華, 唐鵬鈞. 稀土含量對(duì)BFe10-1-1鐵白銅在流動(dòng)人工海水中的腐蝕行為影響[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2010, 22(6): 514?517.LIN Gao-yong, WAN Yin-chun, YANG Wei, WEI Bi, ZHANG Sheng-hua, TANG Peng-jun. Influence of RE content on corrosion behavior of BFe10-1-1 alloy in simulated flowing sea water[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2010, 22(6): 514?517.

[6] 于海琴, 李 進(jìn), 劉靈琴, 朱惠斌. 火電廠循環(huán)水系統(tǒng)凝汽器B30管材耐蝕性能研究[J].全面腐蝕控制, 2003, 17(5): 21?22. YU Hai-qin, LI Jin, LIU Ling-qin, ZHU Hui-bin. The corrosion resistance study on B30 condenser pipeline of circulating water system in thermal power plants[J]. Total CorrosionControl, 2003, 17(5): 21?22.

[7] 邵亞薇, 孟國哲, 張 濤, 王福會(huì). Cu-Ni合金B(yǎng)TA復(fù)配體系鈍化處理工藝研究[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2012, 48(6): 744?748. WANG Yan-qiu, SHAO Ya-wei, MENG Guo-zhe, ZHANG Tao, WANG Fu-hui. Study on passivating treatment of Cu-Ni alloy in compound passivant containing benzotriazole[J]. Acta Metallurgical Sinica, 2012, 48(6):744?748.

[8] COLIN S, BECHE E, BERJOAN R, JOLIBOIS H, CHAMBAUDET A. An XPS and AES study of the free corrosion of Cu-, Ni- and Zn-based alloys in synthetic sweat[J]. Corrosion Science, 1999, 41(6): 1051?1065.

[9] DROLENGA LJP, IJSSELING FP, KOLSTER BH. The influence of alloy composition and microstructure on the corrosion behavior of Cu-Ni alloys in seawater[J]. Materials andCorrosion, 1983, 34(4):167?178.

[10] 顧彩香, 張小磊, 趙向博. 銅合金腐蝕的影響因素及研究狀況[J]. 船舶工程, 2014, 36(3): 10?13.GU Cai-xiang, ZHANG Xiao-lei, ZHAO Xiang-bo. Influential factors of the copper alloy corrosion andresearch progress[J]. Ship Engineering, 2014, 36(3): 10?13.

[11] ZHANG J, WANG Q, WANG Y M, WEN L S, DONG C. Highly corrosion-resistant Cu70(Ni,Fe,Mn,Cr)30 cupronickel designed using a cluster model for stable solid solutions[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2010, 505: 179?182.

[12] ZUBEIR HM. The role of iron content on the corrosion behavior of 90Cu-10Ni alloys in 3.5% NaCl solutions[J]. Anti-corrosion Methods and Materials, 2012, 59 (4):195?202.

[13] POPPLEWELL JM. The effects of iron on the stress corrosion resistance of 90/10 cupro-nickel in ammoniacal environments[J]. Corrosion Science, 1973,13(8): 593?603.

[14] STEWART WC,LAQUE FL. Corrosion resisting characteristics of iron modified 90-10 cupro-nickel alloy[J]. Corrosion, 1952,8(8):259?277.

[15] 王偉勇, 李建明, 金 燾. 制冷系統(tǒng)冷凝器海水腐蝕研究[J]. 船舶工程, 2009, 31(3): 70?74.WANG Wei-yong, LI Jian-ming, JIN Tao. Research into sea water corrosion of condenser in the refrigeration system[J]. Ship Engineering, 2009, 31(3): 70?74.

[16] HUQ, LIUL, ZHAOXB, GAOSF,ZHANG J, FUHZ. Effect of carbon and boron additions on segregation behavior of directionally solidified nickel-base superalloys with rhenium[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, 23(11): 3257?3264.

[17] 魏壽昆. 冶金過程熱力學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010: 156?158. WEI Shou-kun. Metallurgical thermodynamics[M]. Beijing: Science Press, 2010: 156?158.

Effects of Fe content on microstructure and properties of CuNi10FeMn1 alloy

JIANG Yan-bin1, 2, XIE Jian-xin1, 2

(1. Key Laboratory for Advanced Materials Processing, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Beijing Laboratory of Metallic Materials and Processing for Modern Transportation, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

The effects of Fe content (1.05%?2.44%, mass fraction) on the microstructure, segregation, corrosion behavior in simulated flowing seawater and mechanical properties of the CuNi10FeMn1 alloy were investigated; and SEM, EDX and XPS were used to analyze the corrosion film of the alloy. The results show that Ni and Fe elements tend to be enriched in the dendritic region and Mn element tends to be enriched in the interdendritic region. With increasing Fe content, the microstructure refines obviously, Fe content insolid solution increases. When the Fe content increases from 1.05% to 1.80%, the segregation ratios of Ni and Fe increase from 0.49 to 0.77 and from 0.45 to 0.61, respectively; and the segregation degree of Ni and Fe elements decreases. With further increasing Fe content, the segregation ratios of Ni and Fe decrease to 0.62?0.65 and 0.49?0.51, respectively; and the segregation degree of Ni and Fe elements increases. With the increase of Fe content, the corrosion rate of the alloy initially decreases, and then increases. When Fe content is 1.80%, the corrosion rate reaches to the minimum, dense, and the less-defect corrosion films containing rich Ni and Fe elements form on the surface of the alloy during immersion in simulated flowing seawater in order to effectively protect the-matrix, which contributes to good flushing corrosion resistance of the alloy in seawater. With the Fe content increasing from 1.05% to 2.44%, the tensile strength of the alloy increases from 245 to 303 MPa, the yield strength increases from 90 to 151 MPa, while the elongation to failure decreases from 39.2% to 32.8%.

CuNi10FeMn1 alloy; Fe content; segregation; flushing corrosion resistance

Project(2016YFB0301404) supported by the National Key Research and Development Plan; Project(51104016) supported by the National Natural Science Foundation of China

2015-10-12; Accepted date:2016-01-20

XIE Jian-xin; Tel: +86-10-62332254; E-mail: jxxie@mater.ustb.edu.cn

1004-0609(2016)-08-1659-09

TG244

A

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFB0301404)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51104016)

2015-10-12；

2016-01-20

謝建新，教授，博士；電話：010-62332254；E-mail: jxxie@mater.ustb.edu.cn

(編輯 龍懷中)