激光功率对高速激光熔覆Ni/316L层组织与力学性能的影响

为研究高速激光熔覆Ni/316L层组织与力学性能随激光功率的演变规律,分别采用1.1、1.3 和1.5 kW激光功率在Q235钢表面熔覆Ni/316L层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、冲击试验机及Knoop压痕法研究了熔覆层的显微组织、显微硬度、冲击性能与弹性模量。结果表明,激光功率为1.1 kW时熔覆层内部晶粒生长取向存在垂直于界面生长和与界面成一定角度交叉生长两种模式,并含有少量孔隙等缺陷,熔覆层/基体界面元素成断崖式分布,二者互扩散程度较低。随着激光功率升高,熔覆层晶粒转变为以垂直于界面生长为主,且涂层内部致密性高,缺陷较少,熔覆层/基体界面元素互扩散程度提升。激光功率对熔覆层硬度、冲击性能都存在显著影响,但是对弹性模量的影响较低。不同激光功率下,熔覆层最大硬度均出现在距界面100 μm左右的区域;功率从1.1 kW提升至1.5 kW时熔覆层熔合区最大硬度提高约50%;功率为1.5 kW时,试样的冲击性能较基体提高约20%。     

脱粘裂纹扩展诱发热障涂层陶瓷层温度场演变与烧结行为研究

目的 研究等离子喷涂热障涂层(APS-TBCs)内部脱粘裂纹尺寸对陶瓷层温度场与烧结行为的影响.方法 采用有限元模型研究不同尺寸脱粘裂纹对其上方陶瓷层温度场变化规律的影响,并通过梯度热循环试验对裂纹上方陶瓷层烧结行为进行研究,采用扫描电子显微镜(SEM)分析陶瓷层表面和断面的组织形貌,并使用图片法对裂纹上方陶瓷层不同区域的孔隙率进行分析.结果 裂纹上方陶瓷层温度变化区域的面积取决于裂纹尺寸,且最高温度始终位于裂纹中心的上方陶瓷层表面,随着裂纹宽度向两端依次递减,其对应的上方温度依次递减.在本试验条件下,随着脱粘裂纹尺寸的增加,涂层厚度方向的最高温度以线性形式增加,裂纹尺寸每增加0.5 mm,其上方陶瓷层同一位置处的温度增加约30℃,且最高温度区域随之增大.裂纹长度超过3 mm时,在脱粘裂纹热阻效应下,裂纹上方陶瓷层区域的温度升高.裂纹越长,上方陶瓷层整体温度提升越高,不仅导致陶瓷层发生相变和烧结的区域增大,还使得相变和烧结速率升高.不同梯度热循环次数下,陶瓷层表面和内部均出现了数量和长度不等的脱粘、垂直裂纹,烧结面积逐渐增大.脱粘裂纹长度为4 mm时,其最大宽度约40μm.结论 脱粘裂纹上方陶瓷层温度变化以表面最高温度处为中心向四周呈放射性递减.越靠近陶瓷层表面,层状组织信息越少,相应区域的孔隙率越小,烧结和相变程度逐渐增加,使涂层发生脱落失效的可能性进一步增加.     

某气田污水储罐穿孔失效机理研究

某气田污水储罐在服役过程中发生穿孔泄漏。为分析穿孔原因,明确污水储罐常见穿孔部位的临界壁厚,利用显微硬度计、万能试验机、金相显微镜、扫描电子电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对储罐理化性能、穿孔特征、腐蚀产物形貌及成分进行分析。结果表明：材质的理化性能符合要求;腐蚀产物疏松,以Fe₂O₃为主,夹杂少量FeS;腐蚀坑由储罐内壁向外壁发展,穿孔时腐蚀坑深度约为2.6 mm。因此,储罐穿孔机理与过程为水与腐蚀性介质渗入到膜层与储罐内壁之间发生氧腐蚀为主,SRB腐蚀为辅的腐蚀,在储罐内壁形成局部腐蚀坑。腐蚀坑深度达到储罐初始壁厚的65%时,坑底应力水平超过储罐抗内压强度,形成穿孔,造成储罐泄漏。     

超音速电弧喷涂Al涂层在污水储罐中的腐蚀行为

目的研究Al涂层在污水储罐不同位置的腐蚀行为,为热喷涂Al涂层服役提供理论基础。方法采用超音速电弧喷涂在Q235B钢表面喷涂Al涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)分析Al涂层腐蚀前后的组织形貌,采用能谱仪(EDS)对涂层元素组成进行表征。通过涂层减薄速率、腐蚀形貌特征等,表征涂层在储罐不同位置(水/气界面、水层、水/泥界面和泥层)的腐蚀行为。结果喷涂态Al涂层为典型的层状结构,未发生明显氧化,孔隙率为5.4%,厚度为60μm。涂层浸泡60 d后,水/气界面和水层环境中涂层表面仍保持喷涂态的典型特征,即液滴铺展形成的光滑区域和液滴飞溅形成的粗糙区域。由于初始产物的堵塞隔离作用在涂层表面生成氧化膜,涂层发生的腐蚀形式为均匀腐蚀。水/泥界面和泥层环境中,由于氧浓差腐蚀等因素,使得涂层氧化膜的腐蚀速率大于其钝化速率,涂层腐蚀严重,出现局部腐蚀坑、裂纹和脱落现象,主要发生一层或几层扁平粒子整体剥落造成的局部腐蚀。另外,泥层腐蚀环境中,整个涂层内部的扁平粒子界面已完全腐蚀,涂层为松散状态。结论与海洋中相比,铝涂层在污水储罐中的腐蚀机理有所差别。与普通储罐相比,阳极铝涂层保护储罐的腐蚀形式不同,但是超音速电弧喷涂Al涂层,在此实验环境中保护前后,污水储罐最易失效的位置相同,都为泥层环境。     

污水储罐内牺牲阳极保护电位研究

为研究牺牲阳极数量、布局等对污水储罐保护性能的影响,分别表征了阳极数量为0、1、12、16、20个时的阴极保护电位分布情况。结果表明:Al-Zn-In系铝合金阳极材料第二相分布较均匀,材料较均匀溶解;储罐在污水中无阳极保护时的腐蚀电位约为-0.482 V;阳极数量为20个时,腐蚀电位约为-1.002 V,能够保护整个储罐不受腐蚀;阳极数量为16、12个时,储罐保护电位为-0.960 V、-0.786 V;阳极数量为14个时,阳极保护效果可以达到标准规定的要求;若任意一阳极出现虚焊等情况,则阳极数须不少于16个;储罐内部出现泥层加厚、水位下降等情况时,阳极会失去保护作用;阳极与罐板焊接要牢固,焊后清除焊渣;若阳极焊接高度不当、出现虚接、个别阳极消耗过度等情况可能会导致储罐部分区域保护效果不佳。     

油气田污水储罐腐蚀性能模拟设计及试验研究

为研究油气田污水对储罐腐蚀行为的影响,对储罐中污水进行腐蚀性能预测。模拟研究了温度、流速、压力以及pH值对储罐腐蚀性能的影响规律。并通过常温常压浸泡试验进行验证,介质包含水样和泥样两种腐蚀环境。模拟结果表明,两种环境中腐蚀性离子与结垢性离子含量较高,易发生CaCO₃结垢可能;随着温度的升高,储罐的pH值呈下降趋势,腐蚀速率与腐蚀电位呈上升趋势,其中泥样温度高于40 ℃时,腐蚀电位降低;储罐腐蚀速率随水流速度和压力的增加而加快;试验结果表明,储罐在两种环境中的实际腐蚀速率与模拟值趋于一致;碳钢表面产生CaCO₃结垢,与水质结垢预测分析一致。储罐在泥样环境中的pH、腐蚀速率与腐蚀电位均大于水样环境,在泥样环境储罐更易发生腐蚀。