Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

Jest rzeczą ogólnie znaną, Ŝe stapianie Ŝelaza z chromem zwiększa odporność Ŝelaza
na utlenianie w wysokich temperaturach, a właściwości antykorozyjne zaleŜą głównie od
zawartości chromu w stopie [114]. Chrom, z uwagi na to, Ŝe jest metalem o duŜym
powinowactwie do tlenu, łatwo się pasywuje (jego powierzchnia pokrywa się cienką,
szczelnie przylegającą i odporną warstwą tlenków, zabezpieczającą go przed korozją), a jego
stan pasywny jest trwały [89]. Chrom przenosi skłonność do pasywacji na stopy z innymi
metalami. Stopy Fe-Cr o zawartości 13 - 14 wt.% Cr (13.83 – 14.87 at.% Cr) pasywują się
pod wpływem tlenu zawartego w powietrzu, co zapewnia im odporność chemiczną [89].
Z kolei, dodatek Cr do staliw nierdzewnych znacznie polepsza ich odporność na korozję jak
równieŜ na wysokie temperatury [115]. JednakŜe w tym przypadku zawartość Cr nie moŜe
być mniejsza niŜ 11 – 12 wt.% (11.70 – 12.78 at.%) [89, 116].
Zaobserwowano, Ŝe w temperaturach wyŜszych od 570 °C, Ŝelazo tworzy następujące
tlenki: Fe 1-x O (największa zawartość - ponad 90 % - spośród wszystkich powstałych tlenków),
Fe 3 O 4 oraz Fe 2 O 3 . Mieszanie Ŝelaza z chromem zmniejsza ilość wytworzonego wustytu
(Fe 1-x O) [114], a gdy zawartość Cr w obszarze granicznym stop - tlenek przekracza 13 wt.%
(13.83 at.%), powstaje stabilny tlenek Cr 2 O 3 [117]. Dla mniejszych zawartości Cr, utlenianie
stopów Fe-Cr jest bardzo złoŜone – w procesie moŜe powstawać spinel typu Fe(Fe 2-x , Cr x )O 4
oraz hematyt α-Fe 2 O 3 [118].
Dla stopów Fe-Cr o zawartości chromu x = 13.5 – 90.63 at.% [119 i Ref. tam zawarte]
poddanych procesowi utleniania w powietrzu w temperaturze pokojowej przez 10 minut,
w badaniach AR-XPS (ang. angle resolved X-ray photoelectron spectroscopy)
zaobserwowano wyraźną redukcję grubości powierzchniowej warstwy tlenkowej wraz
z rosnącą zawartością chromu w stopie do około 56.76 at.%; dla większych koncentracji Cr -
aŜ do ∼90.63 at.% – grubość powłoki tlenkowej d pozostawała praktycznie bez zmiany.
Tendencja do redukcji grubości warstwy tlenków ze wrostem zawartości chromu
w materiałach objętościowych Fe-Cr potwierdzona została takŜe w badaniach stopów Fe-Cr
wysokiej czystości (o x = 13.5 i 24.9 at.% Cr; z koncentracją domieszek < 0.01 at.%) i z taką
samą koncentracją Cr na powierzchni jak i w ich objętości [119], jak równieŜ – stopów Fe-Cr
(x = 13.5 i 24.9 at.% Cr) wygrzanych izotermicznie w T = 973 K / 300 s, w próŜni
(po procesie segregacji Cr na powierzchniach) [119].
Praktycznie stała grubość warstwy tlenkowej d obserwowana była w zakresie
koncentracji chromu x = 31.53 - 90.63 at.% takŜe w przypadku stopów Fe-Cr poddanych
procesowi utleniania w powietrzu w podwyŜszonej temperaturze (T = 873 K) [115].
30