Abstract
鐵錳鋁合金發展迄今百年，其間所累積的豐富研究結果尚未有人作完整的整理。其次，對於機械性質及抗蝕性較好的沃斯田鐵相鐵錳鋁合金在石化工業中常碰到的含碳氣氛中的劣化行為，則尚未有人研究。本論文的主要目的有三：第一、整理以往鐵錳鋁合金的研究結果；第二、確認沃斯田鐵相鐵錳鋁合金在 NaCl 溶液中的應力腐蝕破裂機構， 並探討 Si、Cr、Mo等微量添加元素對合金應力腐蝕破裂機構的影響；第三、研究沃斯田鐵相鐵錳鋁合金在 CO 氣氛中劣化的現象及發生機構。本論文中共整理259篇論文及技術報告，並將之分為物理性質、化學性質及工程應用三大類作回顧整理。物理性質包括微結構分析、相變化反應、機械性質與電磁性質；化學性質包括氣相環境中的氧化、氮化、硫化及液相環境中的腐蝕、應力腐蝕、氫脆、腐蝕疲勞等方面的研究結果；工程應用包括加工製造流程、焊接、粉末冶金、表面處理等。將Fe-32Mn-9Al-1C合金在常溫及160℃的3.5%NaCl溶液中，OCP或外加偏壓下作應力腐蝕測試發現：沃斯田鐵相鐵錳鋁合金在常溫及160℃ NaCl溶液中應力腐蝕破裂特癥，和傳統 NiCr不□鋼同為穿晶劈裂，外加陽極偏壓會加速合金的應力腐蝕破裂，其破裂機構為腐蝕誘發的微劈裂模式；合金在外加陰極偏下會沿晶氫脆破裂，氫脆破裂應為氫原子沉積到晶界，造成晶界原子鍵結力降低所致。合金中添加1.23wt%Mo、3wt%Cr或1.27wt%Si，不會改變合金的應力腐蝕破裂機構，但會將合金氫脆發生電位移往陰極方向；隨合金中鋁含量增加，沃斯田鐵相鐵錳鋁合金在NaCl溶液中的腐蝕電流降低、鈍態電位範圍擴大、孔蝕發生電位提高；合金中添加Mo或Cr，也會提高合金的孔蝕發生電位、擴大鈍態電位範圍。將 Fe-32Mn-9Al-1C及Fe-32Mn-9Al-1C-1.27Si；合金置於一大氣壓 CO+Ar氣氛中於 900~1070℃溫度範圍內反應 5 小時後，會內氧化及碳化，內氧化生成的氧化物為(Fe,Mn)Al2O4 及 Al2O3，碳化反應生成的碳化物則為K碳化物 (Fe,Mn)3AlC0.5。內氧化及碳化發生步驟為：CO分解；Al 及 Mn原子被分解自CO 的氧原子選擇性氧化成 Al2O3 及 MnAl2O4；C原子先於O原子擴散入基材而析出 K；內氧化層接近 K 時，會促使K分解。反應過程中，這四個步驟不斷重覆。沿晶碳化物的析出，會使合金喪失其原有的抗拉強度及韌性。合金中加 Si 有減緩合金在CO氣氛中生成 K相而脆化的作用，該作用可能來自(Mn,Fe)2SiO4 或 Mn2SiO4 在 MnO內氧化層界面附近生成及彌補MnO缺陷，從而減低CO通過MnO缺陷進入金屬基材的速度所致。