FeSiBPCu纳米晶合金耐蚀与降解性能研究

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铁基非晶合金和纳米晶合金具有优异的软磁性能,如高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗等,目前已经被广泛应用于配电变压器领域。但铁基非晶合金和纳米晶合金作为配电电压器铁芯材料使用时,通常被应用在含Cl-的潮湿工业或海洋环境中,容易发生大气腐蚀,导致其使用寿命和物理性能发生恶化。FeSiB非晶合金目前已经作为变压器铁芯材料被商业化生产,而FeSiBPCu系纳米晶合金具有高饱和磁感应强度,在配电变压器领域有广阔的应用前景。因此本文对Fe79.5-xSi9.5B11Crx非晶条带的耐蚀机理以及Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶条带的耐蚀性能展开了研究,同时,由于Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶合金具有很高的Fe含量,为其在染料废水降解领域的应用提供了可能性,本课题对Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶条带和粉末的降解性能也进行了研究。  研究工作主要包括:  1、结合晶化行为分析和腐蚀条带表面氧化膜XPS分析研究了Cr添加提高Fe79.5-xSi9.5B11Crx非晶合金耐蚀性能的机理。研究发现,Cr元素在非晶合金的腐蚀表面发生富集,促进致密氧化膜的形成,对含Cr合金起保护作用,使其具有高耐蚀性能。同时,Cr含量从5at%增加到7at%时,合金非晶结构稳定性变好,耐蚀性能发生突变,大幅提高。  2、结合SEM、TEM和电化学方法研究了Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶条带在0.1M NaCl溶液中的耐蚀性能。研究发现,Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶合金的微观结构,包括相组成和晶化体积分数,对合金的耐蚀性能有显著影响。Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶合金、多相纳米晶合金和非晶合金的耐蚀性能依次下降。同时,纳米晶合金的晶化体积分数越大,合金耐蚀性能越好。  3、利用紫外-可见光分光光度计研究了Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶条带对亚甲基蓝溶液的降解行为。研究发现,基于类芬顿反应,纳米晶条带可以实现对亚甲基蓝溶液的高效降解,降解效率是Fe78Si9B13非晶合金条带的1.7倍。合金的微观结构对其降解性能有显著影响,Fe81Si2B10P6Cu1非晶合金,纳米晶合金和多相纳米晶合金的降解效率依次降低。亚甲基蓝溶液的温度和pH值对Fe81Si2B10P6Cu1合金的降解效率有很大影响,随着温度升高,合金的降解效率增大,pH值越大,合金的降解效率越低,在中性和弱碱性溶液中,合金失去催化降解能力。Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶条带具有良好的重复利用性能,重复使用3次,仍然具有高于Fe78Si9B13非晶合金条带的降解效率,重复使用5次,可以在27min使亚甲基蓝溶液完全降解。  4、通过球磨法将Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶条带球磨成粉末,研究粉末对不同染料的降解行为。Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶粉末作为零价金属使用可以实现偶氮染料酸性橙7的高效降解,降解效率高于商业还原铁粉,基于类芬顿反应可以实现非偶氮染料亚甲基蓝的高效降解,降解效率高于商业还原铁粉。粉末的粒度越小,对酸性橙7的降解效率越高。酸性橙7溶液的浓度和pH值对纳米晶粉末的降解性能存在影响,随着溶液浓度增大或pH值增大,粉末的降解性能呈下降趋势,但下降趋势都很小,粉末对中性和弱碱性溶液仍具有高降解效率。Fe81Si2B10P6Cu1纳米晶粉末具有良好的重复利用性能,不作任何处理可以重复利用3次,保持降解效率不出现大幅下降。
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