微液滴现象与大气腐蚀——Ⅱ.微液滴现象的电化学表征

用扫描Kelyin探头和电化学极化等手段,研究了微液滴现象与大气腐蚀的电化学过程之间的相关性.扫描Kelvin探头测定主液滴周围的电位分布显示,微液滴只在表面的正电性区域出现;当有微液滴形成时,火山形电位分布的峰高且宽、谷深且窄;同时,峰变宽的速率与微液滴的扩展速率近似相等.电化学极化结果显示,微液滴的成核速率随极化电流的增加而线性加速,促使大气腐蚀过程发生的电位差和相应的腐蚀电流是微液滴形成和发展的推动力.     

微液滴现象与大气腐蚀Ⅲ.干湿交替下微液滴的扩展行为

采用在线显微技术考察了25℃、相对湿度50%和90%的干湿交替作用下,有无外部极化时微液滴的形成和扩展规律.结果表明,没有施加外部极化,干湿循环次数对微液滴的形成和扩展影响不大.在极化状态下,随着干湿循环的进行,微液滴覆盖区交替收缩和扩张,极化电流和极化电阻发生脉冲性变化,极大极化电流随干湿交替次数的增加而递增,极大极化电阻则随干湿交替的进行而减小.在干湿交替作用下,微液滴的扩展与腐蚀电流之间相互影响、相互促进.     

用开尔文探针研究Al-Mg-Si合金在MgCl_2液滴下的腐蚀行为

采用开尔文探针研究了相对湿度(RH)为75%和33%时,Al-0.63Mg-0.28 Si合金在原始浓度0.05～0.3 mol/L、体积6μL的MgCl_2液滴作用下的腐蚀行为。由于液滴水分蒸发,在合金表面形成直径约2.9～3.2mm的MgCl_2薄液膜。当开路电位基线在基本维持稳定(-0.3～-0.5 V_(vs SCE))的基础上重复出现电位突降而后立即回复的电位噪声时,对应于亚稳孔蚀的不断形成与钝化,合金表面生成直径小于3μm的亚稳孔蚀。当开路电位缓慢下降至-0.7～-0.8 V左右并维持稳定时,对应于合金表面丝状腐蚀的形成与生长。在RH=33%气氛中,合金表面只发生亚稳孔蚀。在RH=75%气氛中,当初始浓度0.3 mol/L和0.2 mol/L时,24 h内合金主要发生亚稳孔蚀;当浓度下降至0.1 mol/L时,合金表面发生稳定腐蚀(丝状腐蚀),且丝状腐蚀发生在液滴边缘并向外扩展;当浓度进一步下降至0.05 mol/L时,发生稳定腐蚀的几率下降,24 h内主要发生亚稳孔蚀。气氛湿度降低,单位时间内亚稳孔蚀数目降低;而相同气氛湿度条件下,随原始MgCl_2液滴浓度降低,单位时间内亚稳孔蚀数目增加。     

微液滴在大气腐蚀过程中的作用

采用Kelvin探头和体视显微镜观察技术,研究了微液滴在金属表面液膜形成过程中的作用.金属表面电位分布特征和显微镜在线观察的结果表明,微液滴可以增强金属表面的润湿能力,促进液膜在金属表面的形成和扩展,并能促使金属表面不同部位的液膜的扩展和交联,形成大面积连续液膜,从而促进大气腐蚀过程的快速发展.     

仿生亲水微轨道-超疏水复合表面液滴可控定向引导研究

目的 实现液滴在超疏水表面定向可控滑动.方法 通过一种简单而有效的方法制备复合仿水稻叶亲水微轨道的超疏水表面.首先使用NaOH腐蚀铝合金表面形成微纳结构,然后浸泡硬脂酸溶液使得粗糙表面自生长硬脂酸超疏水层,最后使用纳秒激光系统去除局部超疏水层,形成用于引导液滴的仿水稻叶微轨道.利用超疏水表面的超强憎水特性及亲水微轨道的亲水性,得到水滴运动各向异性的微结构化表面.通过优化微轨道参数,改变液滴各向异性润湿及滑动特性.结果 随着相邻亲水微轨道间隔的减小,平行微轨道方向接触角也明显减小,液滴沿轨道方向的滑动阻力明显增加.当相邻微轨道间距为500μm时,达到平行亲水微轨道方向和垂直亲水微轨道方向滑动角的差值超过50°,为液滴可控定向引导最佳间距.进一步提出了具有变密度亲水微轨道和曲线排列亲水微轨道的超疏水表面,其具有在特定单方向液滴可控引导的特性,并引导水滴沿微轨道聚集到亲水末端点.通过机理分析得出,液滴在复合表面的各向异性润湿和定向滑动,是由于超疏水表面和亲水微轨道之间的表面能性质差异,以及毛细作用引起的预润湿效应等.结论 本研究制备的复合亲水微轨道超疏水表面可实现液滴定向引导,在集水、水滴混合及污渍去除等领域具有应用潜力.     

液滴下金属海洋大气腐蚀的研究

液滴下金属海洋大气腐蚀是大气腐蚀的一种重要形式,对海上设施和海岸建筑物造成很大破坏,因此研究液滴腐蚀有重要意义。近年来液滴下海洋大气腐蚀的研究取得了一定的成果。大量研究表明,液滴性质对金属海洋大气腐蚀起到关键性作用,不仅对液滴腐蚀形态产生影响,还影响液滴腐蚀程度。此外,大气环境如大气中的污染气体、环境湿度、温度等对     

Q235钢/NaCl液滴界面微区电化学特征参数分布特征

本文采用扫描Kelvin探针、扫描振动电极等方法表征了NaCl液滴覆盖下Q235钢表面的微区电化学参数分布的特征.结果证实,NaCl液滴下碳钢表面的电位分布和电流密度分布是不均匀的,中心为阳极区,边缘为阴极区.液滴中心和边缘阴阳极电位相差0.4 V,阴阳极电流密度相差0.9μA/cm2.NaCl液滴下碳钢表面电化学参数的不均匀分布导致液滴边缘发生强烈的阴极极化,导致附近区域碱性化是微液滴形成的主要原因.     

温度对液滴干湿循环下430不锈钢点蚀的影响

目的 研究温度对液滴干湿循环条件下点蚀临界相对湿度和再钝化临界相对湿度的影响规律,结合形貌观察分析液滴条件下点蚀的形成机理。方法 首先通过多液滴电位监测的方法研究了温度对430不锈钢干湿循环中点蚀的影响。其次,利用统计学方法分析了430不锈钢干湿循环过程中发生点蚀的特征参量,如点蚀、再钝化临界相对湿度,及其对应的临界氯离子浓度。然后,通过激光共聚焦显微镜统计分析了点蚀坑的深度和直径等特征参数。最后,对比了不同温度下430不锈钢在MgCl2溶液中的动电位极化曲线。结果 随着温度从10 ℃上升到50 ℃,试样发生点蚀的概率从5/35上升到25/35;点蚀平均临界相对湿度从55%上升到63%,对应氯离子浓度从7.4 mol/L下降到6.4 mol/L;再钝化平均临界相对湿度从74%上升到91%,对应氯离子浓度从5 mol/L下降至2.5 mol/L。结论 温度升高加速430不锈钢点蚀生长,抑制再钝化。形貌分析表明,随温度增加,点蚀坑形态从横向生长向蚀坑深度方向加速生长。     

液滴间距对均匀金属液滴流温度场影响的研究

针对均匀金属液滴喷射成形过程中的液滴流,建立了均匀液滴流的有限元模型.通过该模型考察了液滴间距对液滴流中各个液滴温度场的影响,并讨论了液滴流的传热系数和冷却速率.结果表明,当液滴间距与液滴直径比为2.8、5.6、8.4、11.1、13.9时,液滴的冷却速率、传热系数均远低于单个液滴,液滴间距对冷却过程的影响较大.随着液滴间距增大,液滴之间的相互影响减小.     

热腐蚀中的微电池过程

热腐蚀中存在的微电池过程，主要由热腐蚀过程中金属及合金表面形成的不同氧化物、硫化物及氧化膜中的不均匀性及缺陷等因素引起。提出了预氧化金属及合金试样在熔盐中的电位模型，实验结果基本与理论模型相一致。通过热腐蚀微电池模型，可以解释一些热腐蚀现象。     

金属液滴堆积行为的数值模拟

采用ANSYS FLUENT计算流体力学软件对金属液滴堆积行为进行了数值模拟分析。金属液滴堆积层品质的好坏,与液滴间界面结合状态、倾斜角度有重大关联。结果表明,当前层液滴顶部固相率f_s0.3时,液滴间形成无缺点的良好结合,且不受新来液滴温度的影响;当0.3f_s0.7时,液滴间形成不连续熔合线,且随着新来液滴温度的升高,熔合线长度增加;当f_s0.7时,液滴间形成连续的熔合线,且不受新来液滴温度的影响。堆积层倾斜角度随前层液滴顶部固相率的升高而近似线性减小,而受新来液滴速度的影响不大。     

电弧喷涂锌合金液滴飞行过程数值分析

运用流体力学,传热学以及相变等理论,建立数学模型描述金属液滴与气流的相互作用,计算了金属液滴的飞行速度和温度衰减过程,结果表明,金属液滴飞行速度,温度以及凝固程度是金属液滴直径,飞行距离的函数,金属射流中固态金属颗粒比例是金属射流中金属液滴质量分布的函数,飞行距离600mm以内,固态,半固态金属颗粒所占比较不超过2％。     

微液滴/注液表面黏附行为的主被动控制及机理

目的 提出一种微液滴/注液表面黏附行为主/被动控制方法，探究在电压和流体黏度耦合作用下微液滴/注液表面黏附行为动态可调机理。方法 在P型硅片表面制备超疏水层，注入黏度分别为10、50、100 mm²/s的聚二甲基硅油制得注液表面，使用固液界面行为测试仪探究不同黏度和外加电压下微液滴/注液表面的黏附行为。结果 当聚二甲基硅油黏度从10 mm²/s增加到100 mm²/s，微液滴/注液界面润湿力从194 μN减小到123 μN，最大相互作用力从129 μN减小到94 μN，分离力从101 μN减小到82 μN;当电压从0 V增加到240 V时，润湿力从156 μN增加到322 μN左右，最大相互作用力从120 μN增加到178 μN左右，分离力从85 μN减小到53 μN左右，实现了黏附力的动态调节。结论 高黏度聚二甲基硅油内部具有较强的剪切力，但是长链会增强微液滴/注液表面氢键作用，在2种作用形式的耦合下，润湿力、最大相互作用力以及分离力随黏度的增加而减小。在电压作用下，微液滴在注液表面产生电润湿行为，有效界面能随电压发生非线性响应，实现了固液界面黏附力的实时调节。微液滴/注液表面可以通过改变电压与润滑油的黏度实现黏附行为的主/被动的调节。     

表面沉积氯化钠的7A04铝合金在模拟环境中的腐蚀行为

在实验室模拟条件下((25±2) ℃,相对湿度(95±5)%),采用增重法、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱和X射线衍射等方法研究氯化钠和几种模拟环境气氛对7A04铝合金大气腐蚀行为的影响,并对其腐蚀机理进行讨论.结果表明:表面沉积氯化钠的7A04铝合金在几种模拟气氛环境中均明显地加速了材料的腐蚀;随腐蚀时间的延长,腐蚀产物不断增多;腐蚀产物微观形貌呈团块状且凹凸不平;腐蚀增重?m/A与暴露时间t之间符合指数衰减规律;气氛腐蚀性由强到弱的顺序为50×10-6 SO2＞1%CO2＞空气.     

NaCl液滴下304不锈钢表面电化学性质研究

利用丝束电极技术研究NaCl液滴下304不锈钢表面电化学参数分布及其随腐蚀时间的变化规律。结果表明,液滴下不锈钢丝束电极表面的腐蚀电位分布和电偶电流分布均呈现空间、时间上的不均匀性;丝束电极表面随机形成局部阴极区和阳极区,而且随着腐蚀时间的延长,局部区域的极性发生反转。液滴下电极表面的腐蚀程度和不均匀程度均随腐蚀时间的延长先增加后减小,在腐蚀12 h时达到最大。     

高温高压CO2驱采出液中N80碳钢局部腐蚀诱发机理

以胜利油田CO_2驱采出液为模拟对象,研究了N80碳钢在10 MPa、80℃高温高压CO_2油水混合介质中的腐蚀行为。结果表明:碳钢表面局部腐蚀初期形貌依赖于原油乳状液中微液滴的尺寸。当液滴尺寸较小时,在流动作用下液滴与碳钢表面接触时间较短,形成的腐蚀颗粒较小,局部蚀坑较浅;当液滴大于某一临界尺寸时,在流动作用下液滴趋于在碳钢表面形成扁平化变形和长时间润湿,形成的腐蚀产物呈现片状区域,局部腐蚀加剧。     

熔渣中金属液滴沉降过程流体力学模拟（英文）

建立熔炼渣中金属液滴沉降过程的数学模型，研究不同粘性模型下金属/熔渣界面张力对液滴沉降速度以及拖曳力的影响。结果表明：对于较小直径的液滴，Laminar模型和RNG k-ε湍流模型能够准确预测液滴最终沉降速度；界面张力对液滴沉降速度有影响，且影响作用随着液滴尺寸增大而逐渐增大；“RNG+CSS”模型可以准确描述液滴沉降过程和液滴沉降速度的变化。结合数学模型和实验数据，推导出耦合界面张力作用下拖曳力系数计算公式。该模型揭示熔炼渣中金属液滴沉降过程机理，为实际生产中降低渣中有价金属含量提供理论指导。     

十二烷基硫酸钠水溶液液滴在微凹槽阵列PDMS表面上的电润湿行为实验研究

目的 研究十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate, SDS)水溶液液滴在微凹槽阵列聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)表面的电润湿行为特征。方法 采用注入析出法，测量含KCl的SDS水溶液液滴在微凹槽阵列非浸润表面的接触角滞后。通过施加直流电压，研究SDS浓度和表面粗糙度对含KCl的SDS水溶液液滴的电润湿行为的影响。结果 微凹槽阵列非浸润表面表现出较强的润湿各向异性，与平行于微凹槽方向上的表观接触角(110°≤θ_e≤141°)、前进角(116°≤θ_a≤144°)和后退角(99°≤θ_r≤137°)相比，垂直于微凹槽方向上的表观接触角(142°≤θ_e≤165°)、前进角(159°≤θ_a≤177°)和后退角(118°≤θ_r≤140°)普遍更大。当表面固定时，水溶液液滴电润湿的启动电压和饱和电压，以及发生润湿状态转变所需的电压均随着SDS浓度的增加而减小。当水溶液中SDS的浓度固定时，沿垂直于凹槽方向的启动...     

CaSO4液滴在超疏水表面上的蒸发结晶特性研究

目的 在铝基底上制备稳定的超疏水表面,研究其表面上硫酸钙液滴的蒸发结晶特性。方法 通过简单的化学刻蚀法制备了一种超疏水表面,基于温湿度可控的可视化平台开展固着硫酸钙液滴的蒸发过程实验研究。同时,基于温度和相对湿度,开发了多变量拟合二次回归模型来描述其对液滴蒸发速率的影响。结果 基底温度为40、50、60 ℃时,硫酸钙液滴和纯水液滴在亲水铝片表面上的蒸发模式均表现为CCR模式,在超疏水铝片表面上均表现为CCA模式。在超疏水铝片表面,纯水液滴与硫酸钙液滴的蒸发模式略有不同:在蒸发后期,硫酸钙液滴边缘盐分增加,在重力和Marangoni效应作用下,外部逐渐形成盐壳,接触半径呈上升趋势,说明超疏水表面不利于盐滴的钉扎。当蒸发速率较低时,在外部更容易形成盐壳,一旦外部形成盐壳,蒸发机制即发生了变化,液滴内部水分子需要克服盐壳内外的压差,并通过盐壳扩散进一步蒸发。结论 通过固着液滴实验验证了硫酸钙液滴的蒸发模式与基底温度无关,而与基底的润湿性有关,并且液滴的蒸发速率随着相对湿度的降低和温度的升高而增大。通过R²=0.993 7的多变量拟合二次回归模型,对影响液滴蒸发的因素进行了方差分析,结果表明:在超疏水表面上温度和相对湿度对硫酸钙液滴的蒸发速率均有显著影响。研究成果为矿井水的资源化利用提供了有效的理论支撑。     

热腐蚀和盐雾腐蚀影响氮化物涂层冲蚀行为的机制

金属氮化物涂层是目前重点关注的航空发动机压气机抗冲蚀涂层体系。为了兼顾热物理化学环境和应力环境的影响,进行涂层的腐蚀-冲蚀耦合行为研究十分重要。本研究对比了TiN/Ti涂层与TiN/ZrN涂层的原始状态、热腐蚀后和盐雾腐蚀后的冲蚀行为。结果表明,对于TiN/Ti涂层,在涂层的缺陷处盐雾腐蚀时形成点蚀坑,这是发生冲蚀的薄弱环节,盐雾腐蚀后TiN/Ti涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和热腐蚀后的涂层。对于TiN/ZrN涂层,热腐蚀过程中液滴表面形成疏松的腐蚀产物和氧化物,使其在冲蚀时更容易脱落,热腐蚀过程中产生的层间热应力削弱了涂层的结合力。热腐蚀涂层冲蚀后呈现严重的螺旋状剥落,热腐蚀后TiN/ZrN涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和盐雾腐蚀后涂层。