水在有机涂层中的传输：I Fick扩散过程

涂层金属的耐腐蚀性能取决于其对腐蚀介质的阻挡能力，在水溶液及含水大气中则主要取决于水分子及其它侵蚀性粒子（O2、Cl^-等）的渗透能力，介绍 Fick扩散条件下H2O在涂层中的扩散行为及其与涂层阻抗间的关系，并探讨阻抗方法在涂层评价中的适用条件。     

用EIS研究H2O在环氧涂层中的传输行为

利用电化学阻抗谱技术，研究了H2O在不同颜料体积浓度（PVC）环氧涂层中的传输行为，计算出H2O在不同PVC环氧涂层中的扩散系数，并分析了PVC对H2O在环氧涂层中传输行为的影响。结果表明，在0．5mol/LNaCl水溶液中，N2O在不同PVC环氧涂层中传输的起始阶段满足菲克第二扩散定律；在所研究的PVC数值范围内，扩散系数随PVC的增大而减小。     

水、氯离子在丙烯酸聚氨酯涂层中的扩散传输行为

采用渗水率测试技术、渗氯离子浓度测试方法及交流阻抗测试技术研究了水、氯离子在丙烯酸聚氨酯涂层中的扩散传输行为.结果表明:在渗透初期,水在涂层中的传输符合Fick扩散定律,之后涂层渗水量达到饱和,随涂膜厚度的增加,涂层渗水量达到饱和的时间相对延长,饱和渗水量随膜厚的增加而降低;Cl-在涂层中的扩散在起始阶段呈一定值,达到某一临界点后(漆膜结构发生变化),透过涂层的Cl-的量突然呈线性增加,由直线斜率可求得氯离子在涂层中的扩散系数,随涂膜厚度的增加,溶液中Cl-浓度保持平衡的时间相对延长,涂层的平衡透氯离子浓度降低,Cl-在涂层中的扩散系数也随膜厚的增加而降低;采用EIS技术,据涂层、膜下金属阻抗及电容的变化及体系第二个时间常数出现的时间,可研究电解质溶液在涂层中的扩散渗透及膜下金属的腐蚀情况.     

SiC纤维表面扩散障碍涂层对SiCf/Ni复合材料界面反应的影响

分别采用高温氧化和真空电弧离子镀法在SiC纤维表面制备出C-Al2O3和SiO2-Al2O3复合涂层,通过真空热压法制备出SiCf/Ni复合材料.经过850-950℃,150 h真空热处理后,复合涂层很好地保护了纤维的完整性,涂层中的Al2O3层与基体Ni界面结合良好,有效地阻挡了SiCf/Ni界面处元素互扩散.C-Al2O3涂层的C层出现了扩散现象,但涂层基本保持完整;SiO2-Al2O3涂层中SiO2层与纤维结合界面处萌生裂纹.C-Al2O3与SiO2-Al2O3复合涂层相比具有更好的阻挡界面处元素互扩散的作用.     

铝合金表面环氧涂层中水传输行为的电化学阻抗谱研究

研究了LYl2铝合金／环氧涂层电极在不同浓度Nacl溶液中的电化学阻抗谱(EIs)，提出了涂层电极在浸泡过程中的不同阻抗模型．通过涂层电容值的变化得出环氧涂层在NaCl溶液中浸泡初期主要发生Fick扩散，中后期发生非Fick扩散．Cl-离子的存在使水的扩散系数增大，但却抑制了水与涂层组元间的相互作用，从而抑制了水的非Fick扩散过程．阻抗参数解析表明，金属／溶液界面的电化学反应阻抗主要决定于涂层中的吸水过程，后者直接决定基体／溶液界面的电化学反应面积．     

纳米SiO2改性环氧涂层的防腐性能

用电化学阻抗谱法(EIS)研究纳米SiO2改性环氧涂层在3.5%NaCl(质量分数)水溶液中的腐蚀规律,结合电容法和重量法分析改性涂层的吸水行为.结果表明,添加纳米SiO2可明显改善涂层的防腐性能,添加质量分数为2%时防腐性能最好.H2O在不同PVC(pigment volume concentration)环氧涂层中传输的起始阶段满足Fick第二扩散定律.纳米SiO2虽可与环氧树脂发生物理化学键合,填充涂层孔隙,但超过临界添加量时纳米粒子团聚作用又使涂层缺陷增多,防腐性能降低.     

多弧离子镀Al涂层对310不锈钢在熔融碳酸盐中的腐蚀的影响

采用多弧离子镀技术在310不锈钢表面制备Al涂层并经高温扩散退火,在合金表面形成铝化物涂层.采用电化学阻抗谱技术研究其在650℃熔融碳酸盐中的腐蚀行为.结果表明,310不锈钢的腐蚀电化学阻抗谱由双容抗弧组成,随着时间的延长,在低频端出现传质控制的特征.而涂层的腐蚀电化学阻抗谱仍由双容抗弧组成,但阻抗值明显增加.铝涂层的优异抗腐蚀性能是由于在表面形成了连续的保护性LiAlO_2(Al_2O_3)膜.     

K4104高温合金AlSi涂层1000℃氧化性能研究

采用带能谱分析的扫描电镜分析了AlSi扩散涂层在1000℃、不同氧化时间条件下的表面形貌、截面组织及成分变化；用增重法记录重量变化，绘制了氧化动力学曲线，对其氧化性能进行了研究.结果表明，AlSi涂层由于Si的加入，促进了θ-Al2O3向α-Al2O3转变，有利于在涂层表面形成致密氧化膜，并且能促进在氧化皮下形成碳化物隔层，抑制涂层元素与基体元素的互扩散，从而使 AlSi涂层的抗氧化性能优于单一Al涂层.     

Cr-O-N扩散阻挡层对NiCrAlY涂层结合性能的影响

采用电弧离子镀技术制备了不同成分的Cr-O-N薄膜作为NiCrAlY涂层与高温合金基材DSM11之间的扩散阻挡层.研究了不同O2和N2流量对Cr-O-N薄膜的相含量的影响及对NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11体系薄膜结合强度的影响.实验结果表明,Cr-O-N是由Cr2O3和CrN组成的多晶膜,两相的相对含量随O2和N2流量改变而发生变化.扩散阻挡层抑制元素扩散的同时降低了NiCrAlY涂层与基体间的结合强度,且随着阻挡层中氧含量的增加结合强度逐渐下降.适当的氧含量可以使NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11涂层体系具有良好的结合强度和抗元素扩散能力.     

The adhesive behaviour of NiCrAlY coatings with Cr-O-N diffusion barriers

采用电弧离子镀技术制备了不同成分的Cr-O-N薄膜作为NiCrAlY涂层与高温合 金基材DSM11之间的扩散阻挡层. 研究了不同O2和N2流量对Cr-O-N薄膜的相含量的影响及 对NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11体系薄膜结合强度的影响. 实验结果表明,Cr-O-N是 由Cr2O3和CrN组成的多晶膜, 两相的相对含量随O2和N2流量改变而发生变化. 扩散阻挡 层抑制元素扩散的同时降低了NiCrAlY涂层与基体间的结合强度, 且随着阻挡层中氧含量 的增加结合强度逐渐下降. 适当的氧含量可以使NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11涂层体系具有良 好的结合强度和抗元素扩散能力.     

水蒸气对NiCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

采用热重分析及现代表面分析方法研究了低压等离子喷涂Ni CrAlY涂层在纯氧以及含5%水蒸气的O2中的高温氧化行为,结果表明：在纯氧的氧化环境中 ,NiCrAlY涂层氧化动力学遵循抛物线规律,在含有5％的水蒸气的O2中,NiCrAlY涂层在氧 化至110 h后氧化动力学几乎呈直线规律.XRD及SEM分析显示,NiCrAlY涂层在O2中氧化180 h后,表面形成一层致密的Al2O3;而在含5%水蒸气的O2中氧化180 h后表面氧化层中 除了有Al2O3外,还有NiO和Cr2O3.其原因在于水蒸气中的氢在氧化物中的溶解,致 使Ni2+扩散 速度增加,使氧化层变得疏松,降低其抗氧化性.     

UO2与Zr包壳的扩散反应阻挡层

UO₂-Zr 燃料体系广泛应用于压水反应堆和各种研究试验堆中,但在反应堆运行工况下,UO₂燃料与 Zr 包壳会发生扩散反应。在 UO₂燃料与 Zr 包壳之间制备一层氧扩散阻挡层,阻止 UO₂中的氧原子向 Zr 包壳中扩散,是提高核燃料元件的安全性和使用寿命的方法之一。进行理论计算,结果表明 Nb 和 Cr 是最具潜力的氧扩散阻挡层材料。采用电弧离子镀技术制备 Nb、Cr、Nb / Cr 三种涂层,通过对这三种扩散阻挡层的研究,发现在 UO₂燃料上制备一层金属涂层能够有效阻止 UO₂与 Zr 包壳的扩散反应,Nb 涂层具有较好的氧阻挡能力,但是 Nb 与 Zr 在试验条件下能够无限固溶,形成 Nb 与 Zr 的双相结构。 Cr 与 UO₂ 燃料和 Zr 包壳均有较好的相容性,但是 Cr 与 O 原子的亲和性比 Nb 好,Cr 涂层中 O 原子浓度比 Nb 涂层中的 O 原子浓度高。Nb / Cr 复合涂层是一种比较理想的扩散阻挡层,且靠近 UO₂ 燃料一侧为 Nb 涂层,靠近 Zr 包壳一侧为 Cr 涂层。 研究结果表明 Nb / Cr 复合涂层作为氧阻挡层材料,在氧阻挡能力上优于 Nb 涂层和 Cr 涂层。扩散反应阻挡层的研究可为提高核燃料元件的安全性和使用寿命提供一定参考数据。     

LY12铝合金环氧涂层在NaCl溶液中的吸水与失效

对LY12铝合金/环氧电极在NaCl溶液中于不同浸泡阶段的阻抗参数进行了解析.根据涂层电容值(Cc)随时间的变化看出涂层中水的扩散是通过“两段吸收”来进行的,通过浸泡初期lnCc-t0.5曲线上的线性段求得了水在涂层中的表观扩散系数值.根据电化学阻抗谱中Cl-参与成膜阻抗出现时间求得Cl-在环氧涂层中的扩散系数值为4.67×10~(-12)·cm2s-1.受涂层吸水的影响,涂层电容上升与涂层电阻下降主要发生在浸泡初期,而涂层电极开路电位(Eoc)值的变化贯穿整个浸泡过程.开路电位值经历4个变化阶段:在前期Eoc急剧上升,随后上升速度变缓,在中后期Eoc上升速率再次增大,在浸泡后期Eoc值开始下降,金属基体发生活化,涂层失效.实验表明,含Cl-盐膜的形成、生长及溶解等过程与Eoc间存在密切关系,在LY12铝合金/环氧体系的失效过程中起到关键作用.     

改性环氧涂层吸水性及耐蚀性研究

采用重量法和电化学阻抗谱法考察了两种环氧涂层的吸水性 和防腐蚀作用.结果表明水在涂层中的扩散可以分为两个过程,分别作用于提高涂层的离子 导电性和降低涂层在金属表面粘结性.涂层的吸水性对金属/涂层界面行为有重要的影响, 从而影响涂层的防腐蚀性能.以吗啉Mannich碱固化的环氧涂层在涂层/金属界面的憎水性有 所提高,具有较好的防腐蚀能力.     

深海交变压力对水在环氧涂层中传输行为的影响

目的深入了解有机涂层在深海交变压力环境下的失效机制,为涂层服役寿命的预测提供指导。方法利用增重法和电化学阻抗测量技术,研究常压和深海交变压力条件下水在环氧涂层中的传输行为,计算不同环境下水的扩散系数,并分析交变压力对水在涂层中吸水动力学的影响。结果交变压力加速了水在涂层中的传输过程,使其扩散机制由常压下的理想Fick扩散行为变为非Fick扩散,延长了饱和时间,增大了涂层饱和吸水率。微观形貌观测发现,涂层内部填料/基料界面产生了大量裂痕,是导致水在涂层中扩散机制发生改变的主要原因。结论交变压力通过压力对水的推动作用及对涂层结构的破坏,加速了水在涂层中的传输。     

镍基高温合金GH202表面纳米陶瓷涂层抗高温氧化性能研究

为了弥补高温合金抗高温氧化性能的不足,解决高温力学性能与抗高温氧化性之间的矛盾,在高温合金GH202合金表面增加含纳米高温陶瓷涂层CXM98-1,通过氧化动力学实验和能谱分析技术对涂层/基体合金体系的抗高温氧化性能进行了研究.实验结果得出:含纳米陶瓷涂层能有效的阻滞合金的高温氧化进程,极大的提高了合金的耐高温抗氧化性能.不论有无涂层,在900℃长时间扩散退火过程中,氧均通过涂层或金属表面向基体合金进行扩散,基体合金中的Cr、Al元素向涂层/基体合金界面上坡扩散,环境中氧原子通过涂层向基体合金扩散,在界面处靠涂层一侧主要形成Cr2O3扩散层,界面的基体一侧主要形成Al2O3晶间氧化层;有涂层与无涂层试样的区别在于氧的扩散速率和扩散通量存在快慢、大小的差别.     

高静水压力对水在环氧涂层中传输行为的影响

利用传统增重法和电化学阻抗测量技术研究了常压和深海高静水压力条件下水在环氧涂层中的传输行为。计算出了不同环境下水的扩散系数,并分析了静水压力对水在涂层中吸水动力学的影响。结果表明,高静水压力加速了水在涂层中的传输过程,使其扩散机制由常压下的理想Fick扩散行为变为S吸收型的非理想Fick扩散行为;扩散动力学参数,包括扩散速度、饱和时间和饱和吸水率均发生了明显变化;与涂层阻滞性能密切相关的涂层电容、涂层电阻和特征频率等参数随浸泡时间的变化在高压下也更为显著,涂层提前发生失效。     

PCrNi3MoVA钢表面溅射NiCrAlY涂层的高温氧化行为

用磁控溅射方法在PCrNi3 MoVA钢表面制备NiCrAlY涂层,涂层在空气中850 ℃恒温氧化100 h,借助XRD、SEM和EDAX对涂层表面氧化膜进行分析,检测其恒温抗氧化能力.结果表明,涂层大大提高了基体的抗氧化性,涂层表面主要生成了与基体粘附性好的Al2O3氧化膜,在柱状晶间隙较大处生成了NiCr2O4氧化膜与Fe2O3氧化膜;同时涂层的Ni元素与基体的Fe元素发生了明显的互扩散,而Cr元素在界面富集,Al元素主要集中在表面和界面,与氧发生反应生成Al2O3.     

元素扩散对镍基合金涂层热疲劳性能的影响

利用热喷涂技术在铜合金表面制作了镍基合金涂层.通过金相显微镜、扫描电镜分析研究了涂层界面显微结构和元素扩散情况及对涂层的抗热疲劳性能的影响.结果表明,合金元素在涂层/基体界面附近连续分布,并在涂层/基体界面呈陡然变化.热处理时涂层/基体界面区出现互扩散层,温度和时间的增加可以改善Cu元素向涂层扩散的能力,整个热处理过程中温度是主要因素,时间是次要因素,元素扩散提高了镍基合金涂层的抗热疲劳能力,使得涂层在550 ℃试验条件下,经85次热循环后未出现裂纹扩展及剥落现象.     

Al2O3改性的渗铬涂层制备与氧化性能研究

采用在Ni基上复合电镀Ni-Al2O3纳米复合涂层后在1100 ℃扩散渗铬3 h的方法,制备Al2O3改性的渗铬涂层.作为对比,采用相同的工艺在单Ni镀层上直接渗铬,获得一种不含Al2O3纳米粒子的渗铬涂层.SEM/EDS和TEM结果表明:Al2O3纳米颗粒均匀分布在Ni纳米晶中, 纳米Al2O3颗粒的加入不仅细化基体Ni的晶粒尺寸,而且明显抑制在渗铬过程中涂层晶粒的长大.900 ℃, 120 h的氧化试验结果表明:与不含Al2O3纳米粒子的渗铬涂层相比,Al2O3改性的渗铬涂层所具有的细晶结构促进了保护性氧化物形成元素Cr沿晶界向氧化前沿的快速扩散,从而有利于保护性Cr2O3氧化膜的快速形成,同时改变氧化膜的形成过程,降低氧化速度,使得Al2O3改性的渗铬涂层表现出更优异的抗氧化性能.并对Al2O3渗铬涂层的组织及氧化机制进行了分析.