腐蚀电化学多参数相关法研究有机涂层失效子过程特征

同步采用电化学阻抗和腐蚀电位等平均信息方法以及Kelvin探针电位分布信息方法研究了有机涂层失效过程特征及其相关性.研究发现,有机涂层失效过程的电化学阻抗、腐蚀电位、电位分布等特征和腐蚀电动势数据具有腐蚀相关性,其对应有机涂层失效子过程均具有特征响应.与单一参数分析相比,多参数相关分析方法能够同时从多个不同角度识别和评价涂层失效过程的进展,能够获得涂层失效各个子过程进程的更深入的信息.     

有机涂层电化学快速评价方法及其失效机制的研究

<正> 本文运用交流阻抗技术,结合腐蚀电位监测和特征频率法探讨了有机涂层的失效机制,基底金属的腐蚀过程和典型的防锈颜料的作用机理。实验结果发现,渗透压在涂层失效过程中起着重要的作用,渗透压越大,则涂层越易失效,基底金属表面的污染增大了涂层内外的渗透压,降低了涂层与基底金属的结合力,使涂层的失效过程加速,根据加有阻挡屏蔽型填     

重防腐涂料深海环境失效行为研究

本文从深海腐蚀环境特征及重防腐涂料防护机理出发,综述了重防腐涂料在深海环境下的失效过程及特征,对深海环境下有机涂层的失效形式进行了阐述,展望了深海环境用重防腐涂层的研究方向。     

不同体系中缺陷大小对有机涂层失效形貌的影响

分别在刷涂于铁基体、Al电弧喷涂层和Zn-Al-Mg-RE电弧喷涂层表面的有机涂层中制备了大小不同的人工缺陷,观察了各体系进行电化学交流阻抗(EIS)测试后有机涂层的失效形貌及缺陷处腐蚀产物的微观结构,并分析了各体系的失效机制.结果表明,对于在铁基体和Al电弧喷涂层表面刷涂有机涂层体系,缺陷尺寸越小,有机涂层失效越严重,主要是因为缺陷大小影响腐蚀产物向腐蚀介质中的扩散造成的;对于在Zn-Al-Mg-RE电弧喷涂层表面刷涂有机涂层的体系,缺陷尺寸大小对有机涂层失效形貌的影响不大,主要是因为在人工孔隙中生成了微观结构致密的腐蚀产物造成的.     

环氧铝粉涂层在3.5%NaCl介质中的失效机理研究

采用电化学阻抗谱技术（EIS）研究了环氧铝粉涂层/Q235钢基体在3.5 %NaCl介质中的电化学腐蚀行为.利用扫描电镜（SEM）分析了涂层表面形貌,对涂层断面进行了能谱（EDX）线扫描和界面处腐蚀产物成分分析,探讨了环氧铝粉涂层的腐蚀失效机理.结果表明,腐蚀介质能通过涂层迅速渗透到涂层/基体界面,引起涂层电阻值的降低及界面处电化学腐蚀的开始.失效前涂层致密、连续,失效后涂层表面出现鼓泡、孔洞等现象.鼓泡是由腐蚀产物的体积膨胀和腐蚀介质渗入产生的压力推动共同产生的.界面处腐蚀产物主要是Fe和Al的氧化物及氯化物.涂层的失效机理为腐蚀介质渗入,涂层鼓泡、剥离.     

碳钢/有机涂层在模拟大气环境中的失效研究与寿命预测

针对有机涂层在大气环境中失效过程较长的特点,利用Corrosion Master腐蚀仿真平台对Q235碳钢/有机涂层体系分别在海洋大气、工业大气和海洋工业大气3种腐蚀环境条件下的服役寿命进行预测,并结合腐蚀电化学相关测试与涂层的失效行为研究结果对仿真计算结果进行了分析和验证。结果表明,相同环境条件下仿真模拟计算结果与实验结果具有较好的一致性,仿真技术可以用于金属/有机涂层在大气环境下的失效行为研究,并可实现寿命预测。     

涂层下金属的腐蚀过程

分析了涂层的保护作用及失效机制，讨论了涂层下金 属基体腐蚀机理和腐蚀过程与涂层失效的交互作用.     

CFB锅炉用MMC防磨涂层的失效原因与机理

在465t/h循环流化床锅炉（CFB）水冷壁管上用高速电弧喷涂（HVAS）方法制备Cr3C2颗粒增强金属基复合材料（MMC）防磨涂层,运行180天后,在失效涂层部位取样,研究涂层的失效原因与失效机理.结果表明,涂层上端与管壁过渡处最容易发生早期失效,原因是涂层厚度形成的凸台造成的局部涡旋流;在低攻击角颗粒冲蚀下,MMC涂层的失效机理主要是微观切削和腐蚀;在高攻击角颗粒冲蚀下,涂层的失效机理主要是涂层被大攻击角颗粒撞击后碎片的剥落.两种情况下均伴随有涂层表面的高温氧化和低温热腐蚀.MMC涂层在低攻击角颗粒冲蚀下的耐磨性优于高攻击角颗粒撞击的耐磨性.最后,给出了采用涂层厚度过渡处理的解决方法.     

表面状态和处理对涂层下A3钢腐蚀和涂层失效的影响

采用模拟大气腐蚀装置，用挂片法研究了不同表面处 理和表面状态、不同湿度对涂层失效的影响.通过对基体金属的腐蚀形貌观察，微区元素分析，并结合傅利叶变换红外光谱(FTIR)，研究了金属在涂层下的腐蚀产物和涂层结构的变化.同时探讨了金属在涂层下的腐蚀和涂层失效机理.     

废气再循环单向阀阀片失效分析及腐蚀防护

目的 明确废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)单向阀阀片的腐蚀失效机理及防护涂层的失效过程,提高其服役寿命和可靠性。方法 利用电火花直读光谱仪、金相显微镜、体视显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等对EGR单向阀阀片断裂件进行失效分析,表征其化学成分、宏观腐蚀形貌、微观腐蚀形貌及腐蚀产物的元素分布,明确失效机制。采用电化学测试方法和浸泡试验对比研究了3种涂层防护的有效性,包括聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、淬火–抛光–淬火(Quench-Polish-Quench,QPQ)+PTFE和聚酰胺酰亚胺涂层,揭示EGR单向阀阀片的腐蚀失效机理及防护涂层的失效过程。结果 EGR单向阀阀片表面及断口腐蚀严重。随着浸泡时间的延长,3种涂层的吸水率增加。涂层电容增大而电荷转移电阻减小,涂层的防护性能降低。30 d的浸泡试验结果显示,聚酰胺酰亚胺涂层的耐蚀性最好,涂层剥落少,其次是PTFE涂层,而QPQ+PTFE涂层的耐蚀性最差,涂层大面积脱落且划痕处和阀片边缘出现了明显的腐蚀产物。结论 EGR单向阀阀片断裂的主要原因是腐蚀降低了单向阀阀片的承载能力,在应力作用下发生断裂而失效;受涂层厚度限制,3种涂层在浸泡24 h后均发生溶液渗入涂层到达涂层/金属基体界面的过程,涂层的耐渗水性能低。聚酰胺酰亚胺涂层和PTFE涂层可以作为防护涂层,能在一定程度上提高单向阀的服役寿命。     

空间聚合物基体表面原子氧防护技术研究进展

低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)中,强氧化性、大通量、高能量的原子氧(atomic oxygen,AO)会对航天器表面材料造成极大的破坏。特别是聚合物材料,受AO侵蚀后易氧化降解,造成光学、电学和力学等性能退化,影响航天器的正常工作并缩短其使用寿命。从LEO环境中抗AO侵蚀材料研究的理论基础出发,评述了无机、有机及复合涂层的制备方法和各自的优缺点,目前存在的问题,以及聚合物基体表面涂层开裂与界面剥离失效机理研究的重要性。从目前的研究可以看出,具有自我修复功能的有机或无机功能涂层,以及与原子氧反应时能产生具有保护性能的稳定氧化物或其他稳定表面结构的涂层,是今后的研究方向。应将聚合物基体和涂层作为整体进行研究,充分研究涂层与基体间的界面效应和失效机理。在抗AO新材料研究领域,以聚酰亚胺材料为例,简述了含磷、含硅、含锆聚酰亚胺的研究进展,以及从基础研究到工程化应用还亟待解决的关键问题和工艺技术。希望该综述为发展新的先进防护涂层和新材料体系提供一些可借鉴的研究思路。     

环境障涂层失效机理研究进展

环境障涂层涂覆在SiC/SiC复合材料表面,阻止或减缓水蒸气对基体材料的腐蚀,提高SiC陶瓷基复合材料的服役温度与寿命。环境障涂层使用温度高,所用材料一般为脆性陶瓷类材料,极易发生损伤失效,其失效机理研究伴随整个材料体系的发展过程,与服役环境密切相关。本研究主要综述环境障涂层在高温氧化、热冲击及水氧耦合典型工作环境下的失效机理研究进展。结果表明:环境障涂层失效除了与涂层各层的稳定性有关,还受各层之间的相容性影响;建议今后新型涂层研制中关注各层之间的反应。     

氧化物掺杂YSZ热障涂层的最新研究进展

随着先进航空发动机涡轮叶片热障涂层服役温度、服役寿命以及隔热性能的不断提升,研制温度高、使用寿命长和隔热性能优异的热障涂层材料,已成为国际高温防护涂层领域的研究热点。氧化物掺杂YSZ涂层因其良好的热学性能,成为最有可能替代YSZ涂层在航空发动机热端部件表面获得应用的热障涂层材料。综述了氧化物掺杂YSZ热障涂层研究取得的成果和存在的问题,重点阐述了不同氧化物掺杂对YSZ涂层性能的影响机理,并简述了目前国内外对该类涂层相关制备技术的研究进展。提出未来关于热障涂层的研究,应在进一步优化设计多元氧化物掺杂改性YSZ涂层的基础上,结合计算模拟,对多元氧化物掺杂的耦合作用机制进行深入剖析,同时结合新一代高温合金的性质,发展高温合金-粘结层-陶瓷层相匹配的新型热障涂层体系,从热力学-动力学两个方面考察其使役行为和失效机制,最终促进该类涂层的实际应用。     

热障涂层演变、失效理论及模型建立研究进展

目的 热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是用于保护热端部件的功能性涂层,但在复杂工况的影响下易于呈现提前破坏和过早失效的特点。以应用最广泛的钇稳定氧化锆(YSZ)双层热障涂层系统为例,阐述其服役过程中的结构和性能演变,分析失效机理,总结寿命预测模型并介绍相关模拟技术。方法 分别对经历不同条件高温氧化实验后的热障涂层开展元素渗透引起的界面微观结构变化、随反应进行发生的界面宏观结构变化以及高温引起的涂层本征性能变化分析,并且基于多种热力学实验结论和断裂力学、损伤力学等理论,结合有限元模拟手段,研究涂层内部结构变化过程,选用不同种类的标准有限元模型,建立条件选择方法以及典型的动态模拟扩展技术,观察裂纹导致涂层断裂等过程。结果 总结了目前常用的唯象寿命模型、断裂力学模型和损伤力学模型等失效寿命理论模型,提出相关失效评价方法。结论 随着航空发动机效率的不断提高,热障涂层必须面对更高的进气温度和更严峻、更复杂的工况,需要进一步丰富失效理论、完善失效寿命模型、仿真手段和相应数据库,同时其在开发新材料、新结构、新工艺、涂层组织纳米化等方面也有很大的研究和发展空间。     

质子交换膜燃料电池金属双极板改性碳基涂层技术研究进展

对比了碳基涂层改性金属极板、未涂覆的金属极板和传统石墨极板性能的优劣,阐述了碳基涂层在优化金属极板导电耐蚀性能方面取得的最新成果,以及在质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)环境长期运行后,碳基涂层出现性能失效及寿命受限等问题。通过分析影响碳基涂层性能的因素,指出由于非晶碳材料设计、微观结构等对其性能影响规律的系统化研究不足,导致非晶碳涂层/金属极板损伤及退化机理不明确。重点阐述了国内外关于PEMFCs金属极板改性碳基涂层材料技术的研究进展,包括调控本征碳基涂层(a-C)微观形貌优化涂层性能;采用理论计算与实验相结合的方法制备金属掺杂碳基涂层(a-C:Me),解决涂层与特定金属基体间粘附性差、压应力高等问题;设计多层结构碳基涂层以减少贯穿性缺陷。探讨了几类涂层失效机制,并对金属极板改性用碳基涂层技术进行了展望。     

稀土硅酸盐环境障涂层综述∗

硅基非氧化物陶瓷材料因其质量轻、强度高、韧性大等优点和其上的环境障涂层,广泛用于民用或军用飞机发动机的热端部件,但目前所用的传统环境障涂层保护效果并不理想。 因此对新发展的稀土硅酸盐环境障涂层进行深入研究,以使其能广泛用于高推重比发动机上具有重要意义。 稀土硅酸盐环境障涂层相较于传统环境障涂层,具有更好的隔热性、与基体更匹配的热膨胀系数(二硅酸镱)及优异的抗腐蚀性能,如稀土硅酸镱盐具有良好的抗水氧和抗熔盐腐蚀性能,这些性能能够有效提高硅基陶瓷及涂层在发动机恶劣环境下的使用寿命,目前已成为飞机的首选防护涂层材料,从而成为环境障涂层材料领域研究的热点。 从稀土硅酸盐环境涂层的主要应用研究背景、发展历程、制备方法、涂层性能、失效机理等方面系统阐述其各种特点,提出目前稀土硅酸盐环境障涂层易失效的多种原因,以及工艺制备和性能模拟测试方面的不足之处,为未来的涂层改进和研究发展指明了方向。     

陶瓷涂层的力学性能测试

机械损伤是否产生取决于损伤驱动力及损伤抗力 ,对于陶瓷涂层而言 ,区别于单质固体的是 ,其损伤驱动力及损伤抗力二者都与材料本身相关 ,二者都受涂层与基体材料间的热学及力学匹配、涂层与基体材料的弹塑性性能、涂层的厚度及显微组织、以及涂层与基体界面的粗糙度等因素的影响。因此 ,涂层的热—机械行为的完整表征必须借助于基于破坏机制的损伤图才能完成。这种损伤图将相关参数有机地结合在一起 ,从而定出损伤安全区。而建立这种损伤图 ,必须有可靠的实验技术以测定涂层及界面的断裂韧性。而这种测试技术仍处于发展阶段 ,迄今并无完善的方法。作者正在研究及发展的多应变开裂及失稳试验 ,可能是目前最为简便易行而可靠的方法。本文略述测试与损伤图相关的参数的试验方法。     

超音速等离子NiCr/Cr3C2涂层的接触疲劳寿命

采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体上制备了NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层,使用球盘式接触疲劳试验机对涂层进行不同载荷条件下的接触疲劳试验。采用范—蒙特福特假设检验验证涂层的疲劳寿命数据,发现其符合Weibull分布,随后建立Weibull失效概率图。通过该图可以直观的得到在同一工作条件下,涂层任意循环次数的失效概率,同时可以在一定范围内,预测某一工作载荷下涂层的接触疲劳寿命。该方法在试验数据较少的情况下,较为精确的表征了涂层的接触疲劳寿命,有效的提高了试验效率,节约了试验成本。     

大跨度桥梁缆索用钢丝热浸镀层研究综述

综述了热浸镀Zn、Zn-Al和Zn-Al-Mg系合金镀层的性能特点和研究现状。在Zn-Al合金中添加Al元素可以减缓Zn的腐蚀氧化,同时可以在镀层表面形成致密的Al_2O_3薄膜起到屏蔽保护作用。在此基础上,采用Mg合金化,不仅可细化镀层组织,还可抑制疏松腐蚀产物的生成,进一步延长合金镀层的寿命。阐明了桥梁缆索用钢丝热浸镀工艺的特点和不足。采用中性盐雾试验评估了应力加载对桥梁缆索用热浸镀层组织和耐腐蚀性能的影响。应力加载会使镀层表面的腐蚀产物保护层破裂,加快腐蚀进程。同时指出了现有桥梁缆索用钢丝镀层评价标准尚存在一些争议,应结合现行的评价体系,重视讨论和探索新的更合适的评价标准。需要研究新一代(Zn-Al-Mg)合金镀层的制备技术和评价标准,推动具有高耐蚀性的多元合金镀层在桥梁缆索用钢丝上的推广应用。同时,桥梁缆索用钢丝热浸镀层的腐蚀性能应考虑应力加载下的腐蚀破坏和相关机理研究。