1Cr18Ni9不锈钢阳极氧化膜的XPS研究

用XPS研究了1Cr18Ni9不锈钢表面氧化膜的组分与结构。实验表明膜中的Cr/Fe约为体内的3倍,并在组分和价态上具有不均匀的三层结构;表面层的主要成分为Cr,Fe的含氧氢氧化物;中间层的主要成分为Cr,Fe的氧化物;而过渡层则主要由金属状的Fe和少量Fe,Cr的氧化物组成。当阳极氧化膜用Na_2MoO_4溶液处理后,发现在整个氧化膜中都有Mo存在,其含置约为2%。表面层与中间层统称为阻挡层,它是不锈钢抗腐蚀的主要壁垒。过渡层介于阻挡层和基体之间,在这区域中有透过阻挡层进来的少量的氧存在。根据氧化膜中间层中Cr,Fe的氧化程度和过渡层中氧的含量与透入深度,讨论了阳极氧化膜与其它钝化膜(硝酸钝化膜和自然钝化膜)在抗腐蚀性能上差异的原因。     

AN XPS STUDY OF ANODIC OXIDE FILM ON 1Cr18Ni9 STAINLESS STEEL

用XPS研究了1Cr18Ni9不锈钢表面氧化膜的组分与结构。实验表明膜中的Cr/Fe约为体内的3倍,并在组分和价态上具有不均匀的三层结构;表面层的主要成分为Cr,Fe的含氧氢氧化物;中间层的主要成分为Cr,Fe的氧化物;而过渡层则主要由金属状的Fe和少量Fe,Cr的氧化物组成。当阳极氧化膜用Na_2MoO_4溶液处理后,发现在整个氧化膜中都有Mo存在,其含置约为2％。表面层与中间层统称为阻挡层,它是不锈钢抗腐蚀的主要壁垒。过渡层介于阻挡层和基体之间,在这区域中有透过阻挡层进来的少量的氧存在。根据氧化膜中间层中Cr,Fe的氧化程度和过渡层中氧的含量与透入深度,讨论了阳极氧化膜与其它钝化膜(硝酸钝化膜和自然钝化膜)在抗腐蚀性能上差异的原因。     

Fe对Zr-xFe合金显微结构及在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀行为的影响

通过在纯锆中添加不同含量的Fe,制备出系列Zr-xFe(x=0.05,0.2,1.0,wt.%)合金,并在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽条件下开展了不同时间的高压釜腐蚀实验,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析了合金基体和氧化膜的显微结构,研究了Fe元素对Zr-xFe合金显微结构及腐蚀行为的影响。结果表明,纯锆中添加0.05 wt.%的Fe即可细化α-Zr晶粒,但随Fe含量增加,α-Zr晶粒尺寸变化不明显。Zr-xFe合金中大部分Fe以Zr₃Fe第二相的形式析出,随Fe含量增加,第二相结构保持不变,但第二相尺寸增加。Fe能有效促进Zr-xFe合金氧化膜中柱状晶的生长并延缓柱状晶向等轴晶的演化,进而改善Zr-xFe合金的耐腐蚀性能。随Fe含量增加,Zr-xFe合金的耐腐蚀性能提高。应力是Zr-1.0Fe合金氧化膜/基体(O/M)界面形成亚氧化物过渡带的主要原因,亚氧化物过渡带的形成一定程度上缓解了O/M界面附近金属基体和氧化膜中的应力,阻碍了氧化膜柱状晶向等轴晶的演变,从而减弱了锆合金的腐蚀。     

耐热铝合金Al-Fe-V-Si高温熔炼过程物理-化学反应

以Al-8．5％Fe-1．3％V-1．7％Si合金为例，利用热力学数据从理论上研究了合金在高温熔炼时挥发、氧化和吸气等现象。结果表明，在大气中以1473K熔炼时，挥发损失以铝的挥发损失为主，Si、Fe次之，V最小，铝的蒸汽分压是普通熔炼温度(1073K)时铝的10^4倍；铝熔体的氧化膜不再起保护作用，氧化继续进行。温度对合金熔体的氢含量影响最大，合金元素Fe、Si对氢含量的影响不大。     

Fe3Al合金堆焊层高温氧化机理研究

以Fe3Al合金为焊丝，用钨极氩弧焊在不锈钢基体上进行堆焊．采用静态增重法测定堆焊层在850℃、950℃、1050℃和1150℃时的氧化动力学曲线，通过X射线衍射仪分析堆焊层及其高温氧化后的氧化膜组成。结果表明：堆焊层主要由Fe3Al相构成，并含有少量的Fe固溶体：高温氧化时，起扩散阻隔作用的是α-Al2O3相；在试验氧化时间内，850℃和950℃氧化动力学曲线近似服从抛物线规律，1050℃和1150℃温度时则分段服从抛物线规律，存在破裂氧化现象，Cr元素的存在可能是造成两类不同动力学曲线的关键因素。     

Zr-1.0Fe-0.2Cu合金在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为

以高纯锆为母材制备Zr-1.0Fe-0.2Cu合金,并在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中进行腐蚀实验。用SEM和TEM对合金基体及其腐蚀后生成氧化膜的显微组织进行研究。结果表明：Zr-1.0Fe-0.2Cu合金中只存在底心正交的Zr₃Fe第二相,Cu元素易偏聚在Zr₃Fe相内,使其不易以Zr₂Cu相的形式析出,Cu元素的添加能够细化合金中Zr₃Fe第二相。Zr-1.0Fe-0.2Cu合金在 400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀100 d后,耐腐蚀性能优于Zr-1.0Fe以及Zr-4重熔合金,表明添加少量的Cu元素有利于改善合金的耐腐蚀性能。在腐蚀氧化过程中,含Cu的Zr₃Fe相会滞后于合金基体α-Zr相氧化而进入氧化膜。随着氧化进程的加深,第二相中的Zr元素氧化后会以t-ZrO₂的形式存在,Fe元素则氧化成m-Fe₃O₄。伴随着第二相的氧化进程,合金元素Cu和Fe会在氧化膜中扩散流失,不再呈现聚集状态。     

新锆合金氧化膜的晶体结构分析

采用静态高压釜实验研究了NZ2合金在360℃，18．6MPa含Li水和400℃，10．3MPa蒸汽中的腐蚀动力学，通过X射线衍射法研究了NZ2合金在两种介质中腐蚀不同时间后氧化膜的晶体结构。结果表明：NZ2合金在360℃含Li水中腐蚀速率较400℃蒸汽中的低；随着腐蚀时间的延长，氧化膜中四方氧化锆含量逐渐降低，单斜氧化锆含量逐渐增高，四方氧化锆向单斜氧化锆转变。腐蚀转折时，氧化膜中出现了立方氧化锆，随后氧化膜中立方相含量明显增多，说明四方相向单斜相转变过程中，立方相是作为过渡相存在。氧化膜中四方相含量越高，腐蚀速率越低。     

模拟压水堆一回路水中预充氢对316L不锈钢氧化膜的影响

采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪,分析了有无充氢冷加工316L不锈钢在300℃除氧的模拟压水堆一回路水中浸泡168 h后,其表面氧化膜的厚度及成分。结果表明:有无充氢试样表面形成的氧化膜均为双层结构,外层氧化膜的氧化物颗粒富含Fe,内层氧化膜的氧化物颗粒富含Cr。与未充氢试样比,充氢试样氧化膜的厚度较厚,外层氧化膜的氧化物颗粒较大且Fe与Cr的质量分数比较大;充氢导致试样内层氧化膜Fe含量升高,OH~-与O~(2-)的原子分数比增大,抑制了Cr氧化物的形成,使氧化膜中Cr含量下降,从而降低了氧化膜的保护性,加速基体的氧化。     

AISI304表面硅化物渗层的制备及其900℃循环氧化性能研究

采用NaCl:KCl:NaF=2:2∶1(摩尔比)的中性熔融盐作为载体,Na2SiF6∶ Si=8:2粉末做为渗硅剂,以SiO2为助渗剂,800℃下渗硅5h可实现在AISI 304不锈钢表面形成厚约600 μm的富含Cr、Ni合金元素的Fe3Si型硅化物渗层,研究了渗层在900℃下的循环氧化行为.采用X射线衍射仪分析了渗层和氧化膜的物相组成,用附带能量色散谱仪附件的扫描电子显微镜研究了渗层和氧化膜截面的形貌和成分.结果表明,渗层为以Fe3Si相为主,Cr在渗层中含量低于其在304不锈钢基体中含量,而Fe和Ni在基体和渗层中的含量大致相当.氧化动力学遵从二次抛物线规律;Cr和Si元素发生上坡扩散形成以SiO2和Cr2O3为主的内层氧化膜,外层氧化膜以Fe2O3为主,这种复合氧化膜是渗层具有优异抗氧化性能的原因.     

铝阳极氧化膜在亚铁盐溶液中的电解着色

在亚铁盐溶液中添加渗透剂JF制备了Fe盐铝电解着色膜。用分光光度计测量了铁在氧化膜中的含量，讨论了着色液中各组分及电解参数对着色的影响。试验结果表明只有在含有JF的亚铁盐溶液中才能在氧化膜中沉积铁，膜的颜色随氧化膜中铁的含量增加而加深，但不成正比关系，真黑色的膜难以得到。     

Zr－Nb合金氧化膜物相及结构分析

研究了Ｚｒ—２．５Ｎｂ和Ｚｒ—１．０Ｎｂ—０．５Ｆｅ合金的氧化膜结构。ＸＲＤ分析表明，Ｚｒ—２．５Ｎｂ合金氧化膜主要由单斜型（ＺｒＯ２）Ｍ组成，还存在（ＺｒＯ２）ｘ变态。对Ｚｒ—１．０Ｎｂ—０．５Ｆｅ合金的氧化膜进行了ＴＥＭ分析，得到了清晰的晶粒及孪晶亚结构。     

Ni42Cr6Fe合金在高温湿氢中的氧化膜组织结构及生长过程研究

用ＴＥＭ、Ｘ射线衍射、ＳＥＭ等技术研究了Ｎｉ４２Ｃｒ６Ｆｅ玻封合金在高温湿氢中的氧化膜生长过程。氧化初期，Ｃｒ＿（２）Ｏ＿３和尖晶石氧化物同时形核长大，前者在晶界处形核长大，后者在晶内处形核长大。随后由于Ｃｒ的选择氧化，氧化膜主要以Ｃｒ２Ｏ３生长为主．当氧化进行到一定程度后，由于表面层Ｃｒ的贫化，氧化膜生长转化以（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃｒ２Ｏ４尖晶石氧化物生长为主．最后形成表层以粗大晶粒（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃｒ２Ｏ４为主，底部以较小晶粒Ｃｒ２Ｏ３为主，中部由大晶粒（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃｒ２Ｏ４围绕小晶粒Ｃｒ２Ｏ３的稳态氧化膜组成     

热轧高铬铸铁轧辊氧化膜的研究

本文利用扫描电镜、能谱仪对热轧高铬铸铁轧辊氧化膜在不同温度和保温时间下的表面和截面形貌进行了观察和研究,通过X射线衍射仪对轧辊氧化膜的组成和结构进行了分析。结果表明,高铬铸铁轧辊氧化膜主要由Fe3O4和FeCr2O4组成,而温度是影响氧化膜质量最重要的因素。同时,对氧化膜表面瘤状物形成的原因和氧化膜的失效机制进行了分析,为现场辊温控制,有效控制高铬铸铁轧辊氧化膜完好,提高带钢的表面质量提供了参考。     

用XPS及EDS能谱研究钨酸盐复合缓蚀剂在天然海水中的缓蚀机理

用X-射线光电子能谱(XPS)研究揭示了钨酸盐复合缓蚀剂,在海水中的碳钢表面主要形成了Fe3O4,Fe2O3,以及三价铁与钨酸根、缓蚀剂中有机成分形成的有机铁络合物.缓蚀剂中的钨酸盐不仅参与了表面膜的生成,而且促进了铁的氧化钝化.X-射线色散能量谱(EDS,SEM)测试表明:添加了钨酸盐复合缓蚀剂的碳钢表面膜中钙元素含...     

The oxidation behaviour of 304 stainless steel in oxygenated high temperature water

Characteristics of the oxide films formed on 304 stainless steel immersed in 290 °C oxygenated water for different duration time were examined. The results show that the oxide film is mainly composed of outer irregularly shaped α-(Fe, Cr)₂O₃ and minor spinel in the inner layer. The morphology and chemical composition of the oxide film evolve with increasing immersion time. The surface layer is first enriched in Cr and then enriched in Fe. It is proposed that the oxide nucleated by solid-state reactions with the selective dissolution of Fe and Ni, and grew up through precipitation of extraneous metallic ions from solution.     

多层氧化膜应力腐蚀开裂裂尖的微观力学特性

以氧化膜破裂理论和光电化学法的研究结论为基础,利用有限元分析方法对高温水环境中316不锈钢表面多层氧化膜应力腐蚀开裂(SCC)裂纹尖端微观力学状态进行了分析。结果表明:裂纹尖端区域的高应力应变区主要集中在氧化膜的Fe_3O_4层中;多层氧化膜中不同材料层的交界处均出现应力应变的突变;多层氧化膜中Cr_2O_3层和镍富集层的高应力是促使氧化膜强度减小并发生脆断的主要原因之一。     

Electrochemical behavior of surface films formed on Fe in chromate solutions

The stability of passive films formed on Fe in K₂Cr₂O₇ solutions during exposure at open-circuit potential or by potential cycling is studied in a chromate-free solution. The electrochemical behavior of chromate-passivated Fe is investigated with cyclic voltammetry combined with LASER light reflectance measurements which allow an in situ determination of the thickness of the iron oxide film. The electrochemical behavior of chromate-passivated Fe in chromate-free solutions strongly depends on passivation treatment. Passivation of iron by immersion at open-circuit in chromate solution leads to a passive film, in which both Fe and Cr species dissolve almost independently of the presence of the other one: Fe oxide by reductive dissolution and Cr oxide by oxidative dissolution in the corresponding potential regions. Passivation of iron by potential cycling in chromate solutions leads to much less loss of the otherwise soluble oxidized chromate and reduced ferrous species in subsequent electrochemical experiments (trapping in a protective film). Concerning the dissolution behavior, the film formed on iron by cycling in chromate solution behaves similarly as the passive film on Fe-17Cr alloy. However, the remnant passive film after reductive or oxidative dissolution on the Fe-Cr alloy is of truely protective nature as compared to the films formed on iron in chromate solutions, which show only a small contribution to the potential drop.     

Oxidation of Fe-C alloys at 700°C

The oxidation of Fe-C alloys containing 0.5 and 1.0% C was studied in 1 atm O₂ at 700° C. The oxidation rate is considerably slower than for pure Fe. The oxide scale formed is detached, multilayered, and overoxidized, containing little or no FeO. A thin film of graphite was identified at the metal-oxide interface by electron diffraction. It is proposed that the slow oxidation and abnormal scale are caused by a residue of graphite left at the metal surface from the oxidation of Fe₃C. This inhibition of the oxidation of Fe by carbon at 700°C is in contrast to the stimulation observed at 500°C.     

Angle-resolved XPS study of carbon steel passivity and chloride-induced depassivation in simulated concrete pore solution

The passivity and chloride-induced depassivation of carbon steel in simulated concrete pore (CP) solution (pH = 13.3) was investigated using angle-resolved X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). After full passivation, the thickness of the oxide film on steel specimens was approximately 5 nm. The oxide films close to the steel substrate were mainly composed of protective Fe(II) oxides while near the free surface the film consisted mostly of Fe(III) oxides. The addition of chloride to the CP solution decreased the thickness of the oxide film and changed its stoichiometry such that near the film/substrate interface the Fe(II)/Fe(III) decreased.