外加压应力对Ti-35421合金钝化膜损伤修复影响的原位电化学研究

以Ti-35421(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)合金为研究对象，采用自制的钝化膜损伤修复原位电化学测试装置研究了模拟深海静水压力对Ti-35421合金钝化膜破裂损伤和自修复的原位电化学行为。Ti-35421合金在3.5% NaCl溶液中的钝化平台为-0.27~0.01 V。在-0.13 V钝化电压条件下极化并进行划痕实验，无压应力作用时破损钝化膜发生快速修复。压应力增大导致原子间结合力降低，金属溶解速度增加，再钝化减缓，在原位电化学上表现为电压下降、电流上升，电压、电流回复时间增长，自修复能力减弱。再钝化过程中的暂态阶段钝化膜生长符合线性高场模型。观察划痕形貌发现压应力下划痕槽中出现微裂纹，说明较高压应力损伤作用下在划痕槽近表面产生应力集中，对合金产生的伤害部分不可修复。钝化膜破损加剧和自修复能力减弱是残余应力与环境腐蚀共同作用的结果。     

等通道角挤压制备超细晶纯Ti的腐蚀性能研究

通过等通道角挤压(ECAP)的方法制备了超细晶纯Ti,利用EBSD技术研究了2～4道次样品晶粒尺寸、基面织构强度和大小角度晶界的变化规律。同时,采用动电位极化和EIS的方法研究不同晶粒尺寸样品的耐模拟海水腐蚀性能。结果表明:经过2道次ECAP,原始粗晶纯Ti的晶粒尺寸和基面织构强度减小,小角度晶界分数急剧增加。随着挤压道次的增加,纯Ti的晶粒尺寸继续减小,基面织构强度先增大后减少,小角度晶界分数逐渐降低。相比于原始粗晶纯Ti,所有ECAP制备的超细晶纯Ti的腐蚀电流密度和腐蚀速率明显降低,极化电阻增大,表现出更加优异的耐海水腐蚀性能。另一方面,随着ECAP道次的增加,纯Ti的耐海水腐蚀性能并不是呈单调增加的关系,3道次试样的耐腐蚀性能最优,这主要归因于晶粒尺寸、基面织构和晶界特征分布的耦合影响,其中基面织构强度的影响占据主导地位。     

海洋环境下钛合金主要服役性能研究

随着我国海洋装备对高性能材料的需求越来越紧迫,具有高比强度和优异耐腐蚀性能的钛合金受到越来越多的重视。然而,由于缺乏海洋环境下钛合金的相关服役性能数据,导致装备设计单位和应用单位选材困难,极大限制了钛合金在我国海洋工程装备上的应用。针对钛合金在海洋环境下服役面临的主要失效形式:压缩蠕变、低周疲劳和应力腐蚀,研究了不同组织形貌对TC4 ELI钛合金相关服役性能的影响,研究结果表明:TC4 ELI钛合金网篮组织的压缩蠕变性能优于双态组织;双态组织的低周疲劳性能优于魏氏组织;魏氏组织的抗应力腐蚀性能优于双态组织。可见,组织形貌对钛合金的服役性能具有重要影响,应根据具体的服役工况进行选取。     

深海腐蚀环境下钛合金海洋腐蚀的发展现状及展望

综述了钛合金及其他合金在深海极端腐蚀环境下的研究成果,总结了深海环境下腐蚀特征及应力腐蚀开裂、低周疲劳及高压蠕变等主要腐蚀破坏形式,指明上方海水的高静水压造成深海装备等的腐蚀失效和缺陷对于深海空间站等大型装备的安全性等至关重要。深海腐蚀的电极反应受到深海高静水压的影响的与普通水溶液腐蚀大为不同,值得深入研究;另一方面,对近期利用材料计算工程方法对于深海极端环境下腐蚀过程的模拟进行了介绍和总结,并总结了自主研发的专用深海腐蚀模拟装置的发展现状。基于钛合金在深海会发生的应力腐蚀开裂、低周疲劳、高静水压力导致的高压压缩蠕变及相应的电极反应方面研究,提出了我国深海环境下钛合金腐蚀研究的主要问题和未来亟待解决的相关问题。     

应变速率对TC4-0.55%Fe合金在模拟海水中应力腐蚀行为的影响

通过电化学测试、慢应变速率拉伸试验(SSRT)并结合扫描电镜(SEM)分析了TC4-0.55%Fe合金在模拟海水中的应力腐蚀开裂(SCC)行为,揭示了应变速率(3.3×10~(-6) s~(-1)~10.0×10~(-6) s~(-1))对合金SCC行为的影响。结果表明:合金在模拟海水中具有应力腐蚀开裂敏感性;当应变速率为5.0×10~(-6) s~(-1)时,合金在模拟海水中的断口中心区域形貌以细小扁平韧窝为主,塑形变形不充分,呈现出脆性特征,表现出最高的应力腐蚀敏感性。当应变速率大于6.6×10~(-6) s~(-1)时,合金的断口由小而浅的韧窝向大而深的韧窝过渡,由此说明,高应变速率下,拉应力作用使试样迅速断裂,合金应力腐蚀敏感性较小,断口处有明显韧窝,表现出典型的韧性断裂特征。     

纳米多孔银的制备及其甲醛高效检测

纳米多孔银因其比表面积大且活性位点密度高等特性，在甲醛高效检测领域有潜在应用。本研究在0.1 mol?L-1盐酸溶液中对Ag30Zn70合金通过化学脱合金和电化学脱合金法两种方法制备纳米多孔银，研究化学脱合金时间和电化学脱合金电压对纳米多孔银孔结构的影响以及多孔结构的甲醛检测灵敏度和有效检测范围。结果表明，在自然浸泡24小时过程中，金属间化合物ε相中Zn发生缓慢选择溶解，形成纳米多孔Ag及残存ε相的共存结构，通过化学脱合金难以制备出Ag相占比高的纳米多孔结构。通过电化学脱合金方式施加电压0.1 V极化6000 s后，可制备出孔径约80 nm的三维连续贯通的纳米多孔银结构。循环伏安测定结果表明，在0.1 mol?L-1 KOH基液中，甲醛氧化电流密度随着甲醛浓度的增加而增大，氧化电流密度与甲醛浓度在10~100 mmol?L-1范围内呈良好的线性关系，甲醛检测灵敏度为0.1。纳米多孔银在50~100 mmol?L-1的高浓度范围表现出优异的甲醛检测性能。     

新型1200 MPa级Ti-35421合金应力腐蚀敏感性的原位电化学研究

以新型1200 MPa级Ti-35421合金(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)为研究对象，采用慢应变速率拉伸实验结合原位电化学监测研究了不同应变速率和阴极保护电位对其应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明：当应变速率为1.67×10-5 mm s-1时Ti-35421合金在3.5% NaCl溶液中应力腐蚀敏感性最高，其塑性损失和应力腐蚀指数分别为27.27%和0.273；裂纹尖端钝化膜层在应力和腐蚀的共同作用下钝化保护弱于溶解，导致了应力腐蚀加剧；当外加阴极保护电位为-600 mV时Ti-35421合金在3.5% NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性最低，其最佳阴极保护电位范围为-450~-600 mV，降低了阳极共轭反应，从而使其塑性损失和应力腐蚀指数分别降低到1.01%和0.113。     

Hot deformation behaviors of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V based on experiments and calculations

Our previous results have shown that comprehensive mechanical properties of titanium alloys can be effectively improved by addition of Fe[1]. We systematically investigate hot deformation behaviors of Ti-6Al-4V-0.35Fe in this study, which is significant to improve plastic deformation ability of titanium alloys. In experiment, we use a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator to obtain the relationship between thermomechanical parameters and flow stress in a range of temperatures (800-950 °C) and strain rates (0.001-10 s-1). The single-peak profiles of the flow curves indicate that dynamic recrystallization (DRX) mechanism dominates the deformation. TEM analysis indicate that the grain size in DRX changes under different deformation temperatures, and finer grains are formed at relatively lower temperature due to the dynamic globularization. The dislocation walls are formed in subgrain boundaries due to dislocation slipping-climbing. The Avrami-type DRX model and the strain compensated multivariable regression model have been applied to fit the experimental stress-strain data during hot deformation. A comparative study between these two types of constitutive models is conducted to represent the flow behavior. It is found that both models have good accuracy in predicting the flow stress of Ti-6Al-4V-0.35Fe alloy. A processing map based on dynamic material model (DMM) at the strain of 0.8 (steady-state flow stage) has been established to identify the flow instability regions and stability regions. The strain rate range of stability region is 0.001-0.6s-1 which has been expanded compared to the range of 0.0003-0.1s-1 of Ti-6Al-4V. Optimal hot working parameters are confirmed to be 920-950 °C and 0.001-0.005 s-1, and nearly complete DRX has taken place. Our results indicate that hot working property of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V is better than that of Ti-6Al-4V alloy in 800-950 °C temperature scale, and processing cost has been decreased.