氢化锆与O_2反应制备氢渗透阻挡层的研究

采用原位氧化的方法,通过氢化锆直接与O2反应在表面生成氧化膜作为氢渗透阻挡层。分析了氧化工艺参数对氧化膜生长速度的影响,并对氧化膜的物相组成、截面形貌和阻氢性能进行了研究。结果表明,温度是影响氧化膜生长速度的主要因素,氢化锆在450℃以下的温度范围内氧化,氧化膜生长速度很小,氧气分压对氧化膜生长速度无明显影响;在450℃以上,氧化膜生长速度随着氧气分压的增大和氧化温度的升高而增大;氧化膜的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线生长规律。氧化膜为双相复合结构,由单斜相M-ZrO2和四方相T-ZrO2组成。氢化锆原位氧化后经650℃真空脱氢50 h后样品失氢量低于0.2%。     

电解液体系对ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层的影响

采用恒压模式分别在Na2SiO3,Na5P3O10和Na5P3O10+H2O2电解液体系下对ZrH1.8表面进行微弧氧化(MAO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、膜层测厚仪测试了陶瓷层的表面形貌、截面形貌、相结构及陶瓷层厚度,通过真空脱氢实验评估了陶瓷层的阻氢性能。研究结果表明:采用微弧氧化技术在氢化锆表面可以制得厚度范围在35~60μm的微弧氧化陶瓷层。不同的电解液体系下在氢化锆表面得到的微弧氧化陶瓷层的厚度不同,Na2SiO3电解液体系下得到的陶瓷层最厚,Na5P3O10+H2O2电解液体系次之,Na5P3O10电解液体系最薄。氢化锆表面微弧氧化陶瓷层由致密层和疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,陶瓷层外层为疏松层。微弧氧化陶瓷层主要由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和少量的四方相氧化锆(T-ZrO2)构成;综合比较,在Na5P3O10+H2O2电解液体系下可以获得厚度适中,表面平整,致密性较好,阻氢性能优异的陶瓷层,陶瓷层的PRF值达到最大值12.1。     

氢化锆原位氧化膜600℃下氢渗透速率及其稳定性研究

氢化锆作为固态慢化剂材料,降低其在使用温度下的氢损失是一个备受关注的问题。在氢化锆表面制备阻氢膜是有效降低氢损失的方法之一,氢渗透速率测量是表征阻氢膜性能的关键。本研究采用原位氧化法在氢化锆表面制备阻氢膜,利用气相色谱在线检测了600℃,lle+CO_2工作气氛下氢渗透速率,分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)等方法对试验前后的样品进行了组成、微观形貌、界面结构等分析。研究结果表明,随测试时间延长氢渗透速率逐渐降低,经7 d氢渗透速率达到8.4×10~(-10) kg·m~(-2)·s~(-1),经63 d氢渗透速率达到2.0×10~(-10)kg·m~(-2)·s~(-1);对三组样品的测试结果进行拟合,得到氢渗透速率(V_a)与测试时间(t)的关系为V_a=5.92×10~(-6)×t~(-0.66),据此估算氢损失1%,3%时的氢化锆预测周期分别为0.26年和6.5年。XRD研究结果表明,测试前后膜层物相组成变化不大,主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)和少量四方相氧化锆(t-ZrO_2)构成。SEM,TEM,EDS测试结果表明,原位氧化法制备的阻氢渗透膜与基体结合紧密;经长时间测试膜层存在脱落现象,但在CO_2气氛下生成了新鲜的原位氧化膜层,说明该气氛下膜层具备自修复能力。     

热处理气氛对Sol-Gel法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆膜层的影响

采用溶胶凝胶技术,以正丙醇锆为前驱体,在氢化锆表面制备氧化锆防氢渗透层。研究了当热处理温度为600℃时,不同热处理气氛对溶胶凝胶法制备的氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、物相组成以及阻氢性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、X射线衍射仪(XRD)和涡流测厚仪分别测试了氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、相结构及厚度。利用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,当热处理气氛中有氧存在时,可在氢化锆表面制得连续、致密的氧化锆膜层;而当热处理气氛中无氧存在时,所制备的氧化锆膜层不连续、均匀性差。热处理气氛中有氧时制备的氧化锆膜层的阻氢效果较无氧时要好,膜层厚度为10.1μm,渗透降低因子(PRF)值为8.4。而不同热处理气氛对氧化锆膜层的物相组成没有显著影响,膜层主要由单斜相氧化锆M-ZrO_2和四方相氧化锆TZrO_2组成,并以单斜相氧化锆M-ZrO_2为主。     

硅酸盐体系负向电压对氢化锆表面微弧氧化膜的影响

采用WHD-30型双向交流脉冲电源对氢化锆表面进行微弧氧化处理,研究了负向电压对氢化锆表面微弧氧化膜的厚度、表面形貌、截面形貌、相结构及阻氢性能的影响。实验选取电解液体系为Na2SiO3-NaOH-Na2EDTA体系,正向电压为350V,电源频率为200Hz,氧化时间为20min;氢化锆表面微弧氧化膜的阻氢性能采用真空脱氢实验进行测试。研究结果表明:负向电压在120~160V范围内变化时,氢化锆表面微弧氧化膜的厚度在30~90μm范围内,氧化膜的厚度随着负向电压的升高而增大。氧化膜外部为疏松层,存在孔洞和裂纹缺陷,氧化膜内部为致密层,与基体结合紧密,无孔洞和裂纹缺陷。氧化膜相结构由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和四方相氧化锆(T-ZrO1.88)构成,并以单斜相氧化锆(M-ZrO2)为主。负向电压升高有利于增大氧化膜致密层的厚度,进而提高氧化膜的阻氢能力。当负向电压为160V时,氧化膜的阻氢能力最高,氢渗透降低因子(PRF,permeationreductionfactor)值达到10.4。     

磷酸盐体系正向电压对ZrH_(1.8)表面阻氢陶瓷层的影响

磷酸盐电解液体系下,以CeO_2作为电解液添加剂,采用恒压模式对氢化锆(ZrH_(1.8))表面进行微弧氧化(MAO)处理,研究正向电压对陶瓷层厚度、相结构、形貌,结合力以及阻氢渗透性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、涂层测厚仪、涂层划痕仪,分别分析了陶瓷层的表面和截面形貌、相结构、陶瓷层厚度以及膜层与基体的结合力,通过真空脱氢实验评价陶瓷层的阻氢性能。结果表明:随着正向电压的增加,氢化锆表面微弧氧化陶瓷层的厚度逐渐增加,当正向电压为375 V时陶瓷层的阻氢性能较好,氢渗透降低因子PRF值可达到14.2;正向电压的改变对陶瓷层的相结构没有明显影响,膜层主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)、四方相氧化锆(t-ZrO_2)和立方相氧化铈(c-CeO_2)组成,且以单斜相氧化锆(m-ZrO_2)为主。     

氢化锆在350～600℃纯氧中的氧化行为

通过恒温氧化实验研究了氢化锆在350～600℃纯氧中的氧化行为,分析了温度和时间对氧化层质量增重的影响规律,并借助Ⅺm,SEM等分析测试手段对氧化层的物相组成和截面形貌进行分析.结果表明,氢化锆的质量增重随着氧化温度的升高而增大,450℃以下,氧化反应速度很慢;500'～600℃温度范围内,氢化锆的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线规律.氧化层由内到外分为致密层和疏松层,氧化层主要由单斜相M-zeO2组成.     

Ni-Cr-Mo-W合金在900℃下的高温氧化行为研究

采用真空粉末冶金烧结法制备Ni-Cr-Mo-W高温合金,研究了Ni-Cr-Mo-W合金的表面氧化行为及氧化膜的组织形貌和物相组成。研究结果表明,Ni-Cr-Mo-W合金在900℃下氧化100h时,属于完全抗氧化级,表面氧化物层的主晶相为Cr2O3和具有尖晶石结构的NiCr2O4;添加一定量的难熔元素W,可提高Ni-Cr-Mo-W合金的抗高温氧化性。     

pH值对溶胶凝胶法制备ZrH_(1.8)表面氧化膜的影响

采用溶胶凝胶技术,以氧氯化锆/乙醇/水为反应体系在氢化锆表面制备氧化锆膜层作为防氢渗透层,研究了溶胶pH值对氧化锆膜层的物相组成、截面形貌及阻氢性能的影响。利用涡流测厚仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析测试了氧化锆膜层的厚度、截面形貌及相结构。通过真空脱氢实验测试评估膜层的阻氢性能。结果表明,在选取的溶胶pH值为1~9范围内,膜层的厚度在7.6~14.8μm之间变化,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值在9.8~11.5之间变化,膜层厚度和膜层的氢渗透降低因子(PRF)值都随着pH值增大呈现出先增加后减小的变化趋势。当pH为5时,膜层厚度达到最大值14.8μm,膜层的PRF值达到11.5,膜层与基体结合紧密,膜层连续完整、致密均匀。pH值变化对膜层物相组成没有显著影响,膜层由单斜相M-ZrO1.8和四方相T-ZrO1.8组成,其中以单斜相M-ZrO1.8为主。     

8407钢渗铝氧化处理形成的氧化膜组织与结构

对渗铝后的8407钢试样进行常温硬质阳极氧化处理,使其表面形成氧化膜。通过金相显微镜观察氧化膜横截面组织,并探讨了氧化膜的形成机制;采用扫描电镜观察氧化膜表面形貌,并检测氧化膜沿厚度方向的化学成分及其分布;利用X射线衍射仪对氧化膜相组成进行分析。结果表明,渗铝8407钢经过常温硬质阳极氧化后,试样表面分为3层,从基体向外侧依次为基体、渗层、氧化膜。氧化膜连续致密,厚度均匀,与基体结合紧密,其主要成分为O、Al和Fe,且各元素分布均匀,主要相组成为Fe3O4和Al2O3。     

湿法制备高纯碲化镉粉末

以高纯CdCl2、TeO2为原料,(NH4)2CO3为沉淀剂,采用共沉淀氢还原的方法制备出碲化镉粉末。结合XRD、SEM、TG等研究手段分析上述过程发生的物相转变和微观结构变化。结合相关化学反应热力学数据,对氢化过程发生的化学反应进行理论分析。结果表明,当CdCl2和TeO2以摩尔比1︰1进行混合得到的碲镉共沉物,Cd2+以1~2 μm的CdCO3的形式在TeO2的表面沉淀析出;在500 ℃氢氩混合气（10%H2+90%Ar）气氛下,成功还原出单一相组成的碲化镉粉末。     

石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜的影响

在硅酸钠+磷酸钠体系溶液中添加不同含量的石墨粉,以其为氧化液对TC4钛合金进行表面微弧氧化。通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,研究了石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜表面形貌、元素分布、相组成及摩擦系数的影响。结果表明,石墨含量的增加对TC4钛合金表面微弧氧化膜的形貌无太大影响,氧化膜层呈多孔结构,膜层表面有块状石墨颗粒分布;膜层中的Ti、P、O元素含量相对稳定,Si、C元素含量略有波动;膜层主要由TiO_2和Ti组成,石墨对膜层中TiO_2的形成有一定的阻碍作用;微弧氧化膜中的石墨颗粒能够起到一定的减摩作用,随着石墨含量的增加氧化膜的平均摩擦系数从0.85降至0.54。     

铁-镍基耐蚀合金的灰化机理

利用SEM和EDX分析,作者在模拟的H2+CO合成气氛中对镍基、铁-镍基耐蚀合金的金属灰化机理进行了研究.发现含铬的镍基、铁-镍基耐蚀合金的灰化损伤起源于合金表面局部氧化膜的破坏.化学反应所生成的碳原子从氧化膜破坏处进入合金基体,形成碳化物,达到过饱和后析出石墨,从而阻止了氧化膜的修复.金属灰化的产生取决于合金元素铬外扩散形成氧化物的速度与碳的内扩散速度、达到过饱和固溶后析出石墨的速度相互竞争.石墨丝的生长与其底部金属基体灰化所形成蚀坑的扩张是相互促进的.     

Ni-Cu-Fe-Al合金在850℃空气中的氧化行为

为研发铝电解惰性阳极连接导杆新材料,采用粉末冶金法制备Ni-Cu-Fe-Al四元合金,在850℃的空气气氛中进行氧化实验,并用XRD、SEM、EDS等测试设备对其表面氧化膜的成分、形貌和组成进行分析.结果表明,在该合金表面形成的氧化膜连续、致密,分为内、中、外三层,外层以铜镍复合氧化膜为主,中间层分布着岛状的铁氧化物,其中含有一定数量的NiFe2O4尖晶石相,内层为连续致密的Al3O3膜,能阻碍元素扩散,从而有效提高合金的高温抗氧化性能.     

00Cr25Ni22Mo2N奥氏体不锈钢的高温氧化行为

采用静态增重法研究了00Cr25Ni22Mo2N奥氏体不锈钢在不同温度下的循环氧化动力学曲线.结果表明,00Cr25Ni22Mo2N不锈钢在700℃时的氧化动力学曲线是一条平行于时间轴的直线,这说明其在该温度下氧化反应非常微弱;在800和900℃时的氧化动力学曲线遵循抛物线氧化规律,具有良好的抗氧化性能.利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射对氧化膜的表面形貌、截面形貌和相组成进行研究,发现该钢在3个温度下都生成了致密和黏附性好的保护性氧化膜,700℃生成的氧化膜主要由Cr2O3和Fe2O3组成,氧化膜很薄;800℃生成的氧化膜由Cr2O3、Fe2O3和少量的NiCr2O4、FeCr2O4组成,氧化膜厚度增加;900℃生成的氧化膜由Cr2O3、Fe2O3和NiCr2O4组成,氧化膜厚度进一步增加.认为氧化膜组成和结构是00Cr25Ni22Mo2N不锈钢具有良好抗高温氧化性能的重要原因.     

K2ZrF6含量对ZrH1.8表面微弧氧化阻氢膜层的影响

采用微弧氧化技术在ZrH_1.8表面制备阻氢膜层,研究在Na₅P₃O₁₀-NaOH-Na₂EDTA电解液体系中K₂ZrF₆含量对膜层组织结构和阻氢性能的影响。借助场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观结构和物相组成。采用涂层测厚仪对膜层的厚度进行测量,通过真空脱氢实验表征膜层的阻氢性能。相比未加入K₂ZrF₆时,电解液中添加适量K₂ZrF₆有助于改善膜层的表面质量,减少膜层中微孔和裂纹等缺陷的出现。XRD分析表明,不同K₂ZrF₆浓度时ZrH_1.8表面微弧氧化制备的膜层均主要由m-ZrO₂,t-ZrO₂和少量c-ZrO₂相组成。膜层厚度和氢渗透降低因子(PRF)随K₂ZrF₆浓度的增加均呈先增大后减小趋势,当K₂ZrF₆为4g·L^-1时,膜层的厚度最大为68.7μm,PRF最大为13.1,且膜层中大尺寸缺陷较少,添加K₂ZrF₆制备的陶瓷膜的阻氢性能均得到提高。K₂ZrF₆添加剂的加入可以使ZrH_1.8表面微弧氧化膜层的厚度增大,致密性增强,进而阻氢性能提高,膜层表面质量也得到改善。     

氢化锆合金粉常温氧化与烧结性能研究

对自制的氢化锆合金粉进行常温氧化性能与烧结性能研究.粒径为10 ～ 50μm的氢化锆合金粉接触空气1h内增重达到820ppm,24h增重达到1 380ppm,增重曲线基本符合抛物线规律;对氢化锆合金粉进行XRD分析发现,粉料主要以ε相氢化锆存在;对氢化锆合金粉作XPS分析发现,粉料表面存在一层较复杂的氢氧化物与氧化物....     

Dy对NiAl-31Cr-3Mo合金循环氧化性能的影响

研究了稀土元素Dy对NiAl-31Cr-3Mo合金在1300和1400K空气中的循环氧化行为的影响。结果表明：稀土元素Dy的添加显著提高了基体合金的抗循环氧化性能。X射线衍射与SEM分析表明：基体合金表面氧化膜主要由α-Al2O3构成，并含有少量的Cr2O3，而添加稀土元素Dy后，合金表面形成了单一的α-Al2O3氧化膜，在氧化膜与基体合金之间形成一层富Cr相，大大提高了氧化膜的粘附性，从而提高了合金的抗循环氧化性。采用EDAX分析研究了合金表面氧化产物的微观组织及成分，并从合金相组成探讨了稀土元素Dy提高基体NiAl-31Cr-3Mo合金的抗循环氧化性能的机制。     

溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响

以正丙醇锆为前驱体,采用溶胶-凝胶法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆阻氢膜层,研究溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)对所制氧化锆阻氢膜层的表面形貌、截面形貌以及相结构进行分析;利用划痕仪考察膜层与基体的结合力,采用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,正丙醇为溶剂时,可制得均匀连续、致密的氧化锆膜层,且膜层与基体结合较紧密,膜层平均厚度超过10μm,阻氢效果较好,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值可达12.5;乙醇为溶剂时,所制膜层由单斜相氧化锆(M-ZrO_2)和四方相氧化锆(T-ZrO_2)组成,而异丙醇、正丙醇、正丁醇为溶剂时,所制氧化锆膜层由单一的四方相氧化锆(T-ZrO_2)构成。     

可控氧化气氛下4J29合金的组织与性能研究

在不同可控氧化条件和相同浸润条件下获得合金与玻璃的浸润件,并分别分析氧化温度和氧化气氛N2载水/H2流量比对Fe-Ni-Co可伐合金表面氧化膜成分与形貌以及氧化膜-玻璃浸润角、结合强度和循环稳定性等的影响。XRD结果表明:N2载水/H2比例高于170/10时,800℃以下为单一Fe3O4相,900℃生成Fe3O4+FeO混合相;N2载水/H2比例降低为140/10时,800℃生成Fe3O4+FeO混合相。SEM形貌分析表明相同N2载水/H2流量下,升高反应温度,会使氧化物颗粒增大;同一氧化温度下,N2载水/H2比例的增大,氧化物颗粒减小且致密。与玻璃浸润性能研究表明,氧化条件为800℃,N2载水/H2=200/10时得到的单一Fe3O4与玻璃的浸润性最优,其玻璃浸润角为3.01°,拉伸剪切强度为7.16 MPa,且具有良好的冷热循环稳定性。