Mechanical and electrochemical behavior of Fe3Al-xCr intermetallics

Abstract

Different concentrations of Cr were added to the binary intermetallics, in order to enhance the ductility and pitting resistance of alloys. The results of nanoindentation in air show the influence of Cr on various mechanical properties like Young’s modulus, Gibbs free energy needed for homogeneous dislocation nucleation, and hardness. The increase of the Young’s modulus and Gibbs free energy after addition of Cr is due to the enhancement of the strength of interatomic bonds. Moreover, Cr decreases the flow stress and eases the cross slipping of dislocations. Furthermore, the results of nanoindentation under cathodic and anodic charging show the impact of hydrogen on the reduction of Young’s moduli of alloys; whereas measurements of the pop-in load indicate a drastic decrease after cathodic charging in samples with low Cr content. This is thought to be due to the decrease of the dislocation line energy based on the defect acting agents concept. Based on our results, the mechanism of dislocation shielding should be considered for analyzing the fracture characteristics of in aqueous solutions, and in atmospheres containing hydrogen. Finally, the effect of Cr on electrochemical properties of passive layer, and susceptibility of alloys to pitting and crevice corrosion in solutions with different concentrations of ions, was studied using various methods like cyclic polarization, cyclic voltammetry, impedance spectroscopy and the Mott-Schottky.

Um die Duktilität und den Widerstand gegen Lochkorrosion zu verbessern, wurde in einer intermetallischen - Legierung die Konzentrationen an Cr variiert. Durch Nanoindentations-Messungen an Luft konnte gezeigt werden, dass Cr die mechanischen Eigenschaften wie z.B. den E-Modul, die Gibbs-Energie für homogene Versetzungsbildung und die Härte beeinflusst. Der Anstieg des E-Moduls und der Gibbs-Energie durch die Zugabe von Cr kann auf die Verstärkung der interatomaren zurückgeführt werden. Außerdem verringert Cr die Fließspannung und erleichtert das Quergleiten von Versetzungen. Die Ergebnisse der Nanoindentation mit kathodischer und anodischer Beladung zeigten, dass Wasserstoff den E-Moduls der Legierung verringert; Bei geringem Cr-Gehalt kam es hingegen zu einem drastischen Abfall der „pop-in load“ bei kathodischer Beladung, was durch die Verringerung der Versetzungslinienenergie aufgrund des „defect acting agents“ Konzepts erklärt werden kann. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der shielding-Effekt der Versetzungen für die Analyse des Bruchverhaltens von Legierungen in wässrigen Lösungen und wasserstoffhaltigen Umgebungen berücksichtigt werden sollte. Des Weiteren wurde die Wirkung von Cr auf passive Oxidschichten, elektrochemische Eigenschaften und die Neigung zu Loch- und Spaltkorrosion in Lösungen mit verschiedenen Ionen Konzentrationen mit Hilfe verschiedener Methoden u.a. Polarisation, zyklische Voltammetrie, Impedanz Spektroskopie und Mott-Schottky untersucht.