采用恒温氧化法研究了四元MAX相(Cr2/3Ti1/3)3AlC2在高温空气以及水蒸气气氛中的氧化行为.(Cr2/3Ti1/3)3AlC2在800～1200 ℃下空气中以及1000～1200 ℃下水蒸气中氧化后表面均形成包含Al2O3、TiO2和Cr2O3的氧化膜,使其具有良好的抗高温氧化性能.(Cr2/3Ti1/3)3AlC2在1200℃下空气/水蒸气中氧化生成由外到内分别为富Ti层、富Cr层和富Al层的氧化膜,该氧化膜的形成与(Cr2/3Ti1/3)3AlC2中元素的选择性氧化和扩散有关.研究结果表明,(Cr2/3Ti1/3)3AlC2在高温空气/水蒸气中均表现出良好的抗氧化性能.
实验研究了P92耐热钢的组织老化规律及其在超临界水环境中的氧化行为,讨论了微观组织老化对其腐蚀行为的影响机理.在800℃下进行了200和400h的老化实验,之后在600℃、25 MPa超临界水环境下进行了最长1500 h腐蚀实验.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对金相组织、氧化膜微观形貌、物相成分等进行了分析.结果表明:组织老化特征表现为板条马氏体粗化、M23C6的析出熟化及亚晶的形成和长大.在超临界水中氧化动力学曲线均介于抛物线和立方规律之间,氧化增重随老化时间的增加而增加;氧化物主要为Fe3O4、(Fe,Cr)3O4以及Cr2O3;与未经老化的试样相比,组织老化后的试样更容易出现裂纹和剥落现象.
采用BNi-2薄带钎料对1Cr18Ni9Ti进行了钎焊,分析了接头的显微组织、电化学特性、硬度和拉伸性能.通过盐雾腐蚀试验,研究了腐蚀过程中接头组织和力学性能的演变.结果表明,1Cr18Ni9Ti钎焊接头成形良好,焊缝两侧的显微硬度明显高于母材.焊接接头的抗拉强度达到500 MPa.接头焊缝的腐蚀电位高于1Cr18Ni9Ti母材,接头在盐雾环境中发生电偶腐蚀.力学性能测试结果表明,未腐蚀的钎焊接头拉伸试验后断裂发生在带有钎料的母材处,断口分析表明,拉伸过程中接头涂有钎料的母材首先形成多道裂纹,然后扩展到母材发生断裂,具有明显的塑性变形.1Cr18Ni9Ti钎焊接头经过盐雾腐蚀后,接头力学性能下降,拉伸试验后断裂发生在钎焊焊缝处,无塑性变形特征.
通过在直径10 μm铂超微电极表面电化学沉积一层氧化铱薄膜,获得具有pH响应的全固态铂/氧化铱(Pt/IrOx)电化学微传感器,分析了其线性响应、瞬时响应、稳定性和抗典型离子干扰能力.结果表明,制备的Pt/IrOx-pH微传感器电极在pH=1.00～13.00的范围内呈现优异的线性响应性能(R2=0.999);在短期(20000 s内)和长期(110 d内)均具有较高的稳定性;在溶液pH发生变化时,Pt/IrOx-pH传感器电位能瞬间响应;在溶液中加入Fe2+、Cu2+和Cl-时,线性响应不变,抗干扰能力强,但Ti3+的存在会影响检测的准确性.进一步将制备的Pt/IrOx-pH超微传感器电极应用于铜和304不锈钢在pH=2.00的3.5％NaCl溶液中电偶腐蚀行为研究,SECM面扫描和线扫描结果结合OCP的变化,表明Cu和304 SS在开始发生电偶腐蚀时,Cu为阴极,304不锈钢为阳极,而当浸泡至12 h时,发生阴阳极极性反转,此时Cu为阳极,而304不锈钢为阴极,且Cu表面pH更低.
利用水油两相法制备了具有多孔珊瑚簇状形貌的SiO2,通过与丙烯酸聚氨酯树脂共混喷涂的方法构造多孔微纳结构,探究不同SiO2含量基底层形貌对表面二甲基硅油的贮存能力的影响,分析了所制备超滑涂层的耐机械磨损性、防污着自清洁性以及防腐特性.结果表明,随着珊瑚簇状SiO2含量的增加,基底粗糙度增加且使得无序的基底形貌分布更均匀,更有利于提高硅油层的稳定性.其中,SiO2与树脂质量比为25％的涂层(标记为SiO2-25)的滑动角只有5.4°,并经过磨损测试后涂层仍具有优异的疏液性能和防污着自清洁性.由于填料对基底孔隙结构的影响,在经过3.5％NaCl溶液浸泡腐蚀20 d后,SiO2-25的|Z|0.01Hz仍高达6.62×109Ω·cm2.在长期的腐蚀防护中,SiO2-25在所测试涂层中对碳钢具有最优异防腐蚀性能.
高比强度和高比刚度Mg-Li合金,由于其出色的减重效果,是理想的航空航天金属结构工程材料.然而,由于其耐腐蚀性能较差,严重制约了其在一些服役环境中的广泛应用.因此,耐腐蚀Mg-Li合金的成分、工艺研制是未来发展的重要方向.本文综述了其腐蚀机理及不同类型表面防护方法(金属涂层、阳极氧化、导电性-屏蔽性聚合物涂层和智能涂层)、研究现状与未来应用.同时,分析了不同类型腐蚀防护方法的优势与局限性问题,讨论了耐腐蚀Mg-Li合金腐蚀与防护的未来研究趋势,以期为耐腐蚀Mg-Li合金开发提供新思路.
作为碳家族中新兴的零维纳米新成员,碳点(CDs)具有吸附能力强、毒性低、溶解性高、且表面官能团丰富等优点,引起了腐蚀防护领域研究人员的关注.本文系统阐述了碳点用作水相缓蚀剂及涂层填料方面的研究进展.介绍了不同杂原子掺杂CDs(氮掺杂,铈、氮共掺杂以及氮、硫共掺杂CDs)对不同金属的缓蚀效果,并对缓蚀机理进行了讨论;总结了碳点作为溶剂型和水性涂层填料取得的研究成果和防腐机理.最后,概述了CDs在防腐领域所面临的挑战.
通过恒电压模拟闭塞电池和长周期静态模拟点蚀实验研究氨法脱硫浆液主要成分对304不锈钢局部腐蚀发展阶段的影响,并对腐蚀产物和溶液分别进行X射线光电子能谱(XPS)及紫外可见光谱分析.结果表明,氨法脱硫浆液中低浓度(NH4)2SO4对304不锈钢局部腐蚀发展具有促进作用,高浓度则具有抑制作用;随着Cl-浓度的增加,不锈钢局部腐蚀加剧;F-与腐蚀产生的金属离子可以形成络合物附着在不锈钢表面以及与Cl-的竞争迁移作用使得F的存在对不锈钢的局部腐蚀具有一定的抑制作用.
概述了飞机起落架用超高强钢的发展历程,简要介绍了超高强钢应力腐蚀开裂机理和模型,总结了各种应力腐蚀开裂研究手段和氢表征方法及其特点,重点论述了合金成分、微观组织结构、应力和环境等因素对超高强钢应力腐蚀开裂的影响.最后,对该领域今后的研究重点提出了建议.
采用深海暴露、模拟深海实验及电化学测试等方法,对316L不锈钢与同种金属、聚四氟乙烯(PTFE)、丁腈橡胶(NBR)组成的缝隙构型在深海环境中的腐蚀行为进行了评价研究.结果表明:在深海实海环境中暴露30 d后,316L不锈钢同种材料试样缝隙区域发生了均匀的腐蚀减薄,但腐蚀坑的深度相对较浅;而316L不锈钢与PTFE和NBR等惰性材料接触构成的缝隙,主要在缝隙边缘部分区域发生了局部腐蚀现象,呈现出向纵深优先发展的腐蚀扩展趋势.电化学测试结果显示,316L-316L不锈钢试样显示出最高的缝隙腐蚀倾向,而316L-NBR最低,316L-PTFE介于两者之间.深海模拟试验可以获得与深海实海暴露试验相一致的腐蚀规律,但在相同试验周期内,实海环境的缝隙腐蚀远比室内模拟环境更加严重.
利用电化学阻抗谱(EIS)、紫外老化、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等方法研究了铝合金板表面涂覆的聚氨酯面漆的耐蚀性能和老化机制.结果表明,在3.5wt.％NaCl溶液中浸泡240h后,聚氨酯面漆发生了后固化现象.在浸泡384～1560 h期间,聚氨酯面漆/铝合金体系界面发生微腐蚀.在浸泡1920～2160h期间,铝合金基材表面产生了腐蚀产物膜.聚氨酯面漆在紫外老化实验中,表面逐渐产生孔洞变得疏松并发生剥落、光泽度逐渐下降、失光率增加以及色差先增加后趋于稳定,老化前期以可见光降解为主,老化后期以紫外光降解为主.
通过电化学法和微观形貌表征手段研究了ZCuSn5Pb5Zn5和B10管状偶对在静态以及1、3和5m/s流速海水中的电偶腐蚀规律,探讨了电偶腐蚀机理.结果表明:在静态海水中,ZCuSn5Pb5Zn5和B10几乎不发生电偶腐蚀,且多次发生极性反转现象;流动海水中,ZCuSn5Pb5Zn5和B10间电偶腐蚀速率显著增加,1、3和5 m/s流速海水中的电偶腐蚀分别是静态海水中的22倍、49倍和69倍.混合电位理论分析表明ZCuSn5Pb5Zn5/B10电偶腐蚀速率是由ZCuSn5Pb5Zn5阳极反应动力学和B10阴极反应动力学共同控制,流动海水加速溶解氧、腐蚀产物扩散,金属阳极溶解和溶解氧还原速率增加,电偶腐蚀速率增加:在低流速条件下,阳极表面沉积腐蚀产物可抑制电偶腐蚀,但流速达到3 m/s以上时,腐蚀产物难以形成,保护作用逐渐减弱.
介绍了海底管道的CO2腐蚀机理,具体涉及化学反应过程、电化学反应过程、传质过程和成膜过程.其次,总结了海底管道CO2腐蚀影响因素,主要包括元素成分、显微组织决定的材料自身因素,以及介质成分、温度、pH等决定的外部环境因素.汇总了各影响因素对腐蚀速率的经验/半经验规律.重点归纳了海底管道CO2腐蚀模型,详细介绍了原理模型法和经验模型法在腐蚀评估和预测中的控制步骤和边界条件.
通过失重测量、电化学测试和扫描电镜(SEM)研究了酸性氯化钠溶液中硝酸钠(NaNO3)和硫脲(TU)对铝合金缝隙腐蚀行为的影响.结果表明,酸性氯化钠溶液中NaNO3和TU对铝合金的腐蚀均有一定的抑制作用,二者同时存在时表现出良好的协同抑制效应.当试样表面存在缝隙结构时,NaNO3能抑制缝隙外铝合金的腐蚀,然而却促使缝隙内铝合金发生了严重的腐蚀,这主要是因为缝隙内NO3-还原产生的次生产物NH3能够选择性溶解铝合金的富铜相,诱导点蚀萌生,进而引发缝隙腐蚀.在含有TU的腐蚀介质中,缝隙内金属的腐蚀比较轻微,但是TU对缝隙外的抑制作用较差,缝隙外铝合金仍然发生明显的腐蚀现象.同时加入TU和NaNO3时,TU能吸附在铝合金表面,形成的保护膜能阻碍腐蚀性离子及NH3与铝合金接触,从而抑制缝隙内腐蚀的发生,同时NaNO3能够促进缝隙外金属表面钝化膜的形成,从而有效抑制缝隙外金属的腐蚀.因此,TU和NaNO3对铝合金缝隙腐蚀具有协同抑制效应.
选用A100超高强度钢作为研究材料,通过电化学实验、浸泡实验及慢应变速率拉伸试验等测试方法,开展其在海洋大气动态薄液膜环境和人工海水环境下的失效行为研究.结果表明,相较于人工海水溶液环境,A100钢在薄液膜环境中的电荷转移电阻显著降低,腐蚀得到明显促进,腐蚀产物沉积更为明显.薄液膜环境加速了氧还原过程,促进了腐蚀产物的沉积.同时,腐蚀产物中Fe3+还原反应的发生与充足的溶解氧协同加速了腐蚀过程,腐蚀产物下发生了明显的均匀腐蚀.A100钢在薄液膜环境中比在人工海水环境中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性更高.这是由于薄液膜环境促进了腐蚀的发生,使得A100钢的有效承载面积下降,同时腐蚀产物膜层下的酸化过程促进了氢析出反应的进行,加速了SCC过程,二者使得由强度损失和延伸率损失得到的SCC敏感性显著升高.
基于连续介质损伤力学,采用ANSYS建立双蚀坑钢丝模型,结合某悬索桥的风-车流-桥耦合振动分析所得吊索应力时程数据,研究了不同工况下的带两个主蚀坑的该悬索桥吊索钢丝的疲劳损伤演化规律,探讨风速、车流、吊索位置、蚀坑形状参数、双蚀坑形状不对称等因素对双蚀坑吊索钢丝损伤演化规律和疲劳寿命的影响.结果表明:双蚀坑吊索钢丝的腐蚀疲劳寿命对高风速更加敏感;在同一风速下,车流量越大,双蚀坑吊索钢丝的腐蚀疲劳寿命越短;在风-车流耦合作用下,双蚀坑吊索钢丝的腐蚀疲劳寿命明显低于无车流工况下的;位于桥梁跨中的短吊索钢丝比地面长吊索钢丝和1/4跨吊索钢丝的腐蚀疲劳寿命更短;蚀坑的深宽比越大,蚀坑形状越尖锐,双蚀坑吊索钢丝的腐蚀疲劳寿命越短;当双蚀坑形状不对称时,吊索钢丝的腐蚀疲劳寿命主要由深宽比较大的蚀坑决定.
通过可原位测量的管流式实验装置,采用电化学阻抗谱等电化学方法研究B10管在不同温度的天然海水中的腐蚀行为,采用SEM、XPS等方法分析其腐蚀形貌及腐蚀产物成分.结果表明,在10～50℃范围内,随着温度的降低,B10管表面的腐蚀产物膜逐渐致密,膜层耐蚀性逐渐升高,腐蚀速率逐渐降低.在10、25和35℃时,B10管的腐蚀速率随时间的延长逐渐降低,腐蚀产物主要为Cu2O、NiO和FeOOH,对基体有较好的保护作用;在50℃时,B10管表面腐蚀产物为CuO、Ni和FeO,对基体的保护性较差.
在考虑压力荷载、温度荷载、压力/温度耦合荷载3种工况的前提下,分别建立了不同内径的接管部分有限元模型,分析了特种耐酸耐温耐压砖和Asplit HB胶泥在3种工况及不同接管管口内径下接管应力状态的三向应力分布规律,明确了接管管口在工作过程中各层结构的危险区域.结果表明:对于特种耐酸耐温耐压砖,管口半径越大,在压力荷载作用下,其径向、环向最大拉应力越大;在温度荷载作用下,其径向、轴向最大拉应力越大;在压力/温度耦合荷载作用下,其三向最大拉应力均越大.对于Asplit HB胶泥,管口半径越大,在压力荷载作用下,其轴向最大拉应力随着管口半径的增大而增大.在温度荷载作用下,其环向最大拉应力随着管口半径的增大而增大,轴向相反,最大拉应力随着管口半径的增大而减小.在压力/温度耦合荷载作用下,径向最大拉应力随着管口半径的增大而增大.
为实现"碳达峰、碳中和"战略目标,大力发展氢能产业至关重要.氢在制备、运输、储存和使用过程中,容易产生氢渗透,可造成金属材料发生氢损伤,不仅缩短了含氢管道和设备的服役寿命,还带来了严重的安全隐患.因此,推动渗透氢检测技术的发展具有十分重要的意义.渗透氢检测技术可分为室内渗透氢检测技术和现场渗透氢检测技术两大类.室内渗透氢检测方法主要有:电流法、熔融萃取法、热脱附法(TDS)、氢-微接触打印法(HMP)、二次离子质谱(SIMS)法、扫描开尔文探针-原子显微镜技术(SKPFM)法、原子探针技术(APT)和中子照相(NRG)法;现场渗透氢检测方法有:氢致变色识别法、氢通量法、氢探针法、氢传感器和现场开尔文探针(FKP)技术.在室内检测方面,本文总结了各方法的原理、适用范围和特点,重点综述了它们在氢检测领域中的应用.其中,电流法、熔融萃取法和TDS是检测试样表面的平均氢浓度,不具备局部分辨能力.HMP通过Ag+和H的置换反应产生的银颗粒,反映氢的分布和扩散路径,但无法确定Fe有没有参与其中.SKPFM通过连续检测某一位置的电位,可以观察氢在特定位置的富集和扩散动力学过程,但材料外加电流/电位时,会干扰检测结果.SIMS和APT均采用质谱法检测,都具有局部分辨能力,但要充氘排除背景氢的影响.NRG通过检测氢强度和明亮区判断氢的浓度和分布,但空间分辨率只能达到微米级.在现场检测方面,本文调研了市面上几种检测设备的参数,总结了各方法的原理、使用范围和优缺点.最后,对未来渗透氢检测方法的发展提出了建议.
研究了超声喷丸对7075铝合金棒材微观组织结构、显微硬度、电化学腐蚀以及晶间腐蚀行为的影响.金相、XRD以及TEM等结果表明,采用超声喷丸制备了表层晶粒尺寸约为78.2 nm的梯度纳米结构7075铝合金,且合金表层时效析出强化相(η和η'相)回溶基体.显微硬度结果表明,超声喷丸处理后合金表层硬度提升了约20％.在0.1 mol/LNa2SO4+20mmol/LNaCl溶液中的极化曲线结果表明,合金在超声喷丸处理后点蚀电位正移,说明合金耐点蚀萌生能力增强.在3.5％NaCl溶液中的极化曲线与电化学阻抗谱结果表明,7075铝合金棒材在超声喷丸处理后腐蚀速率加快,且腐蚀速率在深度方向上呈递减趋势.晶间腐蚀浸泡实验表明7075铝合金在超声喷丸处理后耐晶间腐蚀能力降低.最后,讨论了超声喷丸7075铝合金棒材的表层强化机制与腐蚀机理.
