钛合金表面海生物污损及防护技术的研究现状和发展趋势

钛合金具有低密度、高强度、耐海水腐蚀等优异的性能,被人们誉为"海洋金属"。然而,由于钛合金具有良好的生物相容性,海生物污损也因此成为钛合金在海洋工程中应用所面临的最大问题。为此,主要从海生物对钛合金的危害以及钛合金表面海生物的防护方法两方面论述了相关研究现状,并指出钛合金表面防污技术的发展方向是:①建立"药剂"注入、防污监测和反馈等自动管理系统;②研究实用的电解制臭氧装置;③研究物理、化学等多种防污复合技术;④研究生物防污方法。     

Zr-4合金表面耐事故Cr涂层制备及组织性能研究

在锆合金包壳表面制备保护性涂层材料能够改善现行核燃料组件的服役性能,延缓在＞1200℃高温蒸汽下的锆水反应,提升其在反应堆失水事故下的容错能力。因此,涂层技术也被列为耐事故核反应堆设计和研究的短期规划。本文采用等离子增强物理气相复合沉积技术,在Zr-4合金表面制备了Cr复合涂层,并专门针对涂层与基体的界面进行了离子的轰击注入强化。结合锆合金包壳的实际使用工况,设计试验方法,评价表征了涂层体系的各项性能及其对锆合金基体的影响。高温蒸汽加速腐蚀试验表明,相比于无涂层Zr-4基体试样,Cr涂层明显阻碍了氧向Zr-4基体内部的扩散,并有效抑制了基体内部有害氢化物的生成。在模拟事故的＞1000℃的高温热冲击条件下,相比于无涂层基体表面较厚氧化物生成的现象,涂层样品并未出现脱落,基体也并未出现氧化腐蚀。拉伸及内压爆破测试表明,样品表面Cr涂层表现出与基体较好的附着力,未出现沿破裂界面的脱落,也未影响Zr-4基体的拉伸及室温爆破性能。可以认为,Zr-4合金表面Cr涂层是理想的耐事故涂层材料之一。     

热震作用下YSZ活性扩散障的非线性有限元分析

采用有限元法研究,经历多次热震后,Ni Cr Al Y涂层/YSZ扩散障/RenéN5基体内应力分布及演变和波峰值对应力的影响。研究发现,75次热震后模型外边缘附近及氧化铝层中存在较高的剪切应力和拉应力,裂纹会在该处萌生及扩展。各处的应力值随热震次数的增加均有所增大;随波峰峰值的增加,氧化铝层内的应力值变化最大,其中当波峰峰值(A)为3μm时,扩散障结构较优。     

氧化时间对ZL205A铝合金微弧氧化膜层的影响

在硅酸钠体系溶液中,研究了不同氧化时间对ZL_20_5A铝合金表面微弧氧化层表面形貌、厚度、元素分布及相组成的影响。结果表明,随氧化时间的增加,氧化膜表面微孔数量减少、孔径增大,膜层厚度不断增大;膜层中的Al、Si元素略有变化,O、P元素变化并不明显;氧化膜主要由α-Al_2O_3和Mullite(Al_6Si_2O_(13))组成,随着氧化时间的增加,膜层中的α-Al_2O_3和Mullite相含量不断提高,Mullite相主要由阳极反应中生成的Si O_2及Al_2O_3共同作用而产生。     

熔盐电解制备钛锆合金及其反应过程研究

采用熔盐电解法由ZrO_2与TiO_2混合氧化物(Ti, Zr原子比为1∶ 1)一步制备出了TiZr合金, 并探讨了反应机制. 温度为900 ℃, CaCl_2熔盐中以烧结的ZrO_2与TiO_2混合氧化物为阴极,石墨棒为阳极, 3.1 V恒电压电解, 制备出了钛锆合金. 结果表明, 所得产物的组分与投料比例一致, 钛、锆为无限互溶的固溶体, 电解反应是由外向内进行的. 其合金化历程为: 部分ZrO_2先生成CaZrO_3, 然后继续脱氧还原为锆的低价氧化物直至还原为金属锆, 一旦有金属锆生成, TiO_2在金属锆上直接电解还原形成钛的低价氧化物, 直至生成金属钛后与锆形成固溶体; 其余ZrO_2, TiO_2先形成CaZr_mTi_nO_x, 然后直接脱氧还原为TiZr.     

不同焊料对Cu/W钎焊接头强度的影响

采用镍基焊料、铜基焊料、银基焊料、金基焊料对钨、铜进行真空钎焊实验,接头的剪切强度和扫描电镜分析表明,用银基焊料、金基焊料焊接钨、铜,焊缝扩散层薄,接头强度高,银基焊料中的活性元素钛对母材的浸润性好。     

Al/316L爆炸复合双金属板界面结构分析

以316L板为基、铝板为覆材进行爆炸焊接,利用扫描电子显微镜及能谱仪研究了爆炸焊接双金属板界面组织结构并用纤维硬度计测量了界面处硬度.结果表明,界面中间灰色区域,以化合物的形式分布在界面上,宽度5～20μm,区域中和边缘铝量有所变化;焊缝区的硬度值较基体316L板及铝板各自的硬度值高,表明界面有化合物存在.     

钛合金表面熔结AlSiCrTi涂层的高温性能

采用无机盐料浆熔烧法在Ti6Al4V钛合金表面制备了AlSiCrTi涂层,利用氧乙炔火焰在大气环境下熔烧涂层,经2000℃×10 min熔烧后,利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了AlSiCrTi涂层经熔烧氧化前后的表面和断面形貌,利用能谱仪(EDS)分析了熔烧氧化前后的表面成分变化,利用X射线衍射(XRD)分析了熔烧氧化前后的相结构.结果表明,AlSiCrTi涂层表现出很好的高温抗氧化性能,显著改善了Ti6Al4V钛合金在超高温环境下的使用性能.     

掺杂CaCO_3对熔盐电脱氧制备金属锆的影响

采用熔盐电脱氧法,在CaCl2熔盐中,以烧结的掺杂了不同摩尔分数CaCO3的ZrO2为阴极,石墨棒为阳极,制备出了金属锆。研究了掺杂物及其掺杂量对阴极的形貌和电解反应的影响。结果表明:掺杂物CaCO3提高了ZrO2电解脱氧的速度。其原因是在反应过程中,制备阴极时CaCO3分解生成的CaO溶解在熔盐中,在阴极内部形成更多的反应界面,提高了阴极的电化学反应活性,加快电解反应的进行,从而提高了电流效率,缩短了熔盐电脱氧制备金属锆的时间。     

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及抗氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用独立的钛、铝靶材,在钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织结构进行了分析,并在800℃条件下测试了涂层抗氧化性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5 μm.经镀膜,试样表而粗糙度有升高的趋势,Ra值由初始0.049μm升高到0.541λm.涂层表面以TiAlN TiN相为主,经氧化后,涂层最表层的氮化物已发生分解,并生成了Al,Ti的氧化物,在高温时阻碍了氧向涂层内部扩散,使得涂层内部仍具有TiN和TiAlN的相结构.复合涂层经800℃,19 h空气氧化后,涂层表面仍保持完整,氧化增重率低于无涂层样品.氧化19 h后涂层增重率约为0.2 mg/cm2.h.