金属铀的水蒸气腐蚀行为研究现状

金属铀是一种重要的核材料,在国防工业和能源系统中得到广泛应用,由于其具有高化学活性,当贮存环境中含有微量水蒸气时容易发生腐蚀而影响其使用性能。为深入认识金属铀在含水环境中的腐蚀老化过程,研究人员开展了大量科学研究。围绕腐蚀产物、腐蚀动力学以及腐蚀机理综述了国内外关于金属铀与水反应过程的主要研究成果,从氧化铀缺陷结构、金属铀微观结构对反应过程的影响以及O_2的氧化抑制机理等方面对下一步研究方向进行了展望。     

金属铀表面经CO处理后的抗蚀性研究

采用增重法和电化学方法分别研究了金属铀表面经CO处理后的抗热氧化腐蚀能力和抗化学介质腐蚀的能力。结果表明：金属铀表面经CO处理后的抗氧化能力有所提高,抛物线氧化阶段其氧化速率比未处理样品的氧化速率低25％－60％;电化学研究表明;金属铀表面经CO处理后,其抗化学介质腐蚀的能力增强;在实验所用CO剂量范围内,其抗蚀性随CO剂量的增加而增强。     

铀的表面防腐技术研究进展

金属铀因具有优异的放射性能在国防和核能领域具有重要的战略价值。然而,由于铀具有高的反应活性,在大气环境中极易被腐蚀。在众多防腐技术中,表面处理技术被广泛用来提高铀的耐腐蚀性能。聚焦铀表面防腐的需求,重点综述了表面合金化、电镀、离子注入、离子镀等铀的防腐技术的研究进展,并针对不同技术目前面临的难题,展望了其未来的发展。近年来,离子注入、离子镀技术成为铀防腐领域的研究重点,具有很大的发展潜力。然而,金属铀的防腐性能仍需更进一步提高,复合沉积技术可以结合各种技术的优点,有望制备出耐蚀性更好的铀表面防腐涂层。此外,高功率脉冲磁控溅射技术在防腐领域拥有较大的应用潜力,是制备铀表面高性能防腐涂层的潜在方法,值得进一步研究。另一方面,合理利用铀的氢化腐蚀特性,可能使该材料成为一种优秀的储氢材料。     

铀钚金属表面抗腐蚀性研究进展

金属铀钚表面的腐蚀与防腐蚀一直受到关注,章综述了自1994年来作实验室在铀钚金属表面抗腐蚀性方面的研究进展。用X射线光电子能谱（XPS）、气相色谱（GC）等方法系统地分析研究了金属铀和U3O8与CO、CO2、H2等气体的相容性及其表面化学行为,铀试样在CO气氛中的贮存氧化增重及δ－Pu金属和铀试样在该气氛贮存期气相组成变化;应用改进的量子力学计算方法对金属铀钚化合物的分子结构、势能函数、光谱性质、热力学性质和动力学性质进行了系统研究;应用热力学平衡原理方法研究了铀和钚在还原气氛中的表面化学反应。通过实验与理论结合的系统研究,揭示了铀与上述气体介质相互作用的规律,得到一系列具有实际应用和理论意义的实验研究和理论计算结果,为进一步深化铀钚金属抗腐蚀研究奠定了基础。研究结果表明CO的存在有利于抑制铀钚金属的表面氧化腐蚀。     

铀表面非平衡磁控溅射离子镀Ti基薄膜的组织结构与腐蚀性能

金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀。本文采用磁过滤多弧离子镀在金属铀表面制备Ti过渡层,然后采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了Ti、TiN单层膜及Ti/TiN多层薄膜,以期改善基体的抗腐蚀性能。采用X射线衍射、极化曲线、盐雾腐蚀试验对镀层的结构、表面形貌、抗腐蚀性能进行了分析。结果表明,采用磁控溅射在金属铀表面制备一层Ti/TiN多层膜后,多层膜界面较清晰,大量的界面可终止柱状晶的生长,细化晶粒,提高镀层的致密性,有效地改善了基体的抗腐蚀性能。     

金属铀热氧化腐蚀的红外和拉曼光谱分析

为了进一步认识金属铀环境腐蚀的规律,采用傅里叶变换红外和显微激光拉曼光谱技术,获得了金属铀与空气热氧化反应产物的红外和拉曼光谱图.实验结果表明,随着温度的升高,铀表面首先出现活性腐蚀亮斑,并逐渐积累长大,主要氧化产物UO2在260℃以上开始转化为U3O8.同时,200℃以上温度条件下,铀表面的热氧化腐蚀速率明显高于较低温度时的氧化反应.研究结果将为改善防腐措施、提高核燃料的安全可靠性提供有价值的参考信息.     

高强铝合金6061和7075在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为

目前,有关铝合金的腐蚀研究多集中于腐蚀溶液中,对于其在大气中的腐蚀报道较少。采用扫描电化学显微镜(SECM)研究了6061和7075铝合金在模拟海洋大气环境中的腐蚀电化学行为,利用扫描电镜(SEM)观察了腐蚀表面形貌,采用能谱仪分析了腐蚀产物的成分。结果表明:6061和7075铝合金在模拟海洋大气环境中表面不同区域活性溶解程度不同,且表面的氧化电流峰分布呈无规则状;2种铝合金中第二相腐蚀电位的不同造成了其腐蚀机理的差异;试样表面的腐蚀产物数量较少,分布不均匀,腐蚀点主要呈圆形。     

湿热贮存环境下电子器件表面镀层的腐蚀研究

针对电子设备中器件在贮存环境下由于温度、湿度的变化引发的腐蚀问题,对引脚镀覆Ni/Pd/Au镀层的电子器件进行湿热试验,考察了贮存环境中的温度、相对湿度以及器件表面状态包括黏附盐分、表面划伤、黏附灰尘等因素对器件引脚表面镀层腐蚀的影响;用扫描电镜和能谱仪等研究了带Ni/Pd/Au镀层的电子器件在湿热环境下的腐蚀行为。结果表明:器件引脚表面存在三个腐蚀敏感区,分别是切边造成的基体暴露处、弯曲成形时形成的镀层裂纹处以及镀层表面的针孔处;温度和相对湿度对腐蚀有较大影响,当环境温度超过40℃,相对湿度超过80%后器件引脚镀层腐蚀加速;盐分和灰尘能够明显促进器件引脚镀层的腐蚀,有盐分和灰尘附着的表面,环境相对湿度在30%就能发生腐蚀。     

硼硫酸阳极氧化6061铝合金在不同大气环境中的初期腐蚀行为研究

通过在青岛和北京进行6061铝合金户外大气暴露实验,利用形貌观察、失重分析、力学性能分析和断面分析等方法,研究了经硼硫酸阳极氧化处理的6061铝合金在工业-海洋大气环境和北方半乡村大气环境中的初期腐蚀规律和机理。结果表明,表面阳极氧化的试样与裸材相比,在工业-海洋大气环境和北方半乡村大气环境一年暴露试验的平均腐蚀速率分别下降43.4%和10.1%,即阳极氧化处理降低材料腐蚀速率,且在恶劣腐蚀环境下的效果更明显;但相对于裸材在工业-海洋大气环境一年暴露试验后的延伸率比初始值下降35%,阳极氧化试样的延伸率下降幅度仍达23%,即硼硫酸阳极氧化对工业-海洋大气环境下合金的力学性能保护不够,塑性降低幅度大,对应的断裂机理发生改变,点蚀导致合金表层从韧性断裂转变为解理脆性断裂。     

低强度直流杂散电流对Q235钢在SO_2大气中腐蚀行为的影响

目前,就SO_2大气环境下杂散电流对碳钢腐蚀影响的报道较少。采用户外暴露、室内周期浸泡加速腐蚀并结合表面滴加腐蚀溶液的方法,研究了施加不同强度直流杂散电流后的Q235钢在SO_2大气环境下的腐蚀行为,计算了腐蚀失重,对不同阶段腐蚀后的试样进行了交流阻抗和锈层X射线衍射分析。结果表明:只有在较高SO_2浓度的户外大气环境和室内加速腐蚀条件下,并且表面通入至少30 m A直流杂散电流时,才能引起Q235钢腐蚀行为的轻微变化,在这种条件下,腐蚀初期试样表面因电解作用形成较多的亚稳相造成腐蚀加速,后期则由于较多亚稳相转变为稳态相提高了锈层致密性,使得腐蚀相对放缓。     

6061铝合金在模拟工业-海洋大气环境下的腐蚀研究

通过紫外辐射老化试验和周期浸润试验,利用腐蚀表面和截面形貌分析、力学性能测试及拉伸断口扫描分析等,研究了6061铝合金在模拟工业-海洋大气环境下的腐蚀行为及机理。腐蚀形貌观察发现,6061铝合金在该环境下的腐蚀由点蚀引起并扩展,同时,试样发生沿晶腐蚀,8个周期后沿晶腐蚀裂纹扩展深度达80μm。模拟工业-海洋大气环境中的硫化物不仅对试样表面的点蚀产生很大影响,而且硫酸根离子会随着腐蚀介质深入晶界,加速沿晶腐蚀。力学性能分析表明,在该环境下腐蚀8个周期后,试样的延伸率大幅下降,下降率达26%,断裂机理发生改变,点蚀和沿晶腐蚀导致6061铝合金从韧性断裂转变为解理脆性断裂。     

氮流量对贫铀表面磁控溅射CrNx薄膜结构与性能的影响

金属铀的化学性质十分活泼, 极易发生氧化腐蚀. 为改善基体的抗腐蚀性能, 采用非平衡磁控溅射技术在金属铀表面制备了不同氮含量的CrN_x薄膜. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、动电位极化曲线, 分别研究了薄膜形貌、物相结构、表面元素化学价态及抗腐蚀性能. 结果表明, 当氮流量为10 sccm时薄膜主要为体心立方的α-Cr, 随氮流量的增大, 薄膜转化为六方Cr₂N和立方CrN结构, 其择优取向由Cr(110)转化为Cr₂N(111)及CrN(200), 金属态Cr的含量逐渐减少, 氮化态Cr的含量增多, Cr2p3/2的结合能峰位逐渐向高结合能方向移动. CrN_x薄膜呈纤维状结构, 当氮流量增大到30 sccm时, 生成了Cr₂N的密排结构, 有效改善了薄膜的致密性. 在金属铀表面制备CrNx薄膜后, 自然腐蚀电位增大, 腐蚀电流密度降低, 当氮流量增大到30 sccm时, 薄膜的自然腐蚀电位提高了近550 mV左右, 腐蚀电流密度降低约两个数量级, 有效改善了贫铀表面的抗腐蚀性能.     

新型3Ni钢和Q235碳钢、普通耐候钢在热带岛屿大气环境中暴晒后的锈层对比分析

为给高镍钢在热带海洋大气环境下的应用提供一定的数据支撑,通过短期户外暴晒试验对比了热带岛屿大气环境中Q235碳钢、普通耐候钢和新型3Ni钢表面锈层的结构、组成和电化学行为。结果表明:在热带岛屿大气环境中,3Ni钢表现出更低的腐蚀速率,归因于其表面锈层良好的物理结构、合理的元素分布和更低的电化学活性; 3Ni钢锈层平整致密,裂纹孔洞等缺陷较少,能够有效隔绝腐蚀液的进入;内层Ni元素的富集能够更好地抵挡Cl-的入侵,将其阻隔在锈层外侧;而在3.5%NaCl溶液中表现出更大的腐蚀产物膜电阻和电荷转移电阻,有效降低了电化学活性,保持较低的腐蚀溶解过程。因此,相比于Q235碳钢和普通耐候钢,3Ni钢锈层对基体具有更好的保护性,从而降低了在严酷热带岛屿大气环境中的腐蚀速率。     

FN04Mo在七种典型大气环境下的力学性能变化规律及腐蚀机理

本工作通过金属注塑成型方法制备了FN04Mo样品,并采用电液伺服试验机、X射线衍射分析、扫描电子显微镜、能谱分析仪等对FN04Mo在万宁站、漠河站、敦煌站、拉萨站、江津站、西双版纳站、永兴站七种典型大气环境下的力学性能规律和腐蚀机理进行了研究.研究结果表明,FN04Mo腐蚀初期(1～3个月)力学性能变化呈现明显的下降趋势,试验至3～18个月后其力学性能基本保持稳定.FN04Mo在七种典型大气暴露试验1年后,样品表面均布满腐蚀产物,表面腐蚀形态为点蚀.FN04Mo在富含Cl-海洋大气环境(万宁和永兴)和富含SO2工业大气环境(江津)下腐蚀最严重.样品在江津暴露1年的腐蚀产物为 α-FeOOH、γ-FeOOH以及Fe3 O4,在永兴暴露9个月的腐蚀产物为 β-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3 O4和FeOCl.侵蚀性强Cl-和极性强SO2两种大气污染物在大气环境下加剧了FN04Mo基体腐蚀,大气暴露后的FN04Mo样品因腐蚀产物的形成、分层脱落等现象,造成其有效承载面积减小,使其力学性能发生了显著变化.     

金属阳极涂层在化工大气环境中的腐蚀行为

为了解化工大气环境对碳钢表面金属阳极涂层的腐蚀性,开展了热喷涂锌、铝、锌铝合金涂层以及热镀锌、渗锌钢在化工大气环境中的曝露腐蚀试验。通过试样的腐蚀形貌、腐蚀速率变化及电化学测试,考察了金属阳极涂层在石油炼化大气环境中的腐蚀行为。结果表明:化工大气环境腐蚀等级为C4级;喷铝层的腐蚀速率最低;渗锌层的耐蚀性优于热镀锌层。10μm厚热镀锌板耐腐蚀寿命约为4 a,40μm厚热镀锌和渗锌层寿命大于10 a,150μm的喷涂层耐蚀寿命大于30 a。     

某舰炮弹药在模拟舰载环境条件下的长贮性能试验与分析

目的 为掌握弹药装备在舰载环境条件下长期贮存后的性能变化情况,验证当前弹药装备设计、试验标准是否满足装备实际使用要求。方法 抽取某舰炮弹药放置于亚热带湿热大气环境和热带海洋大气环境条件下的3个非标准库房中,进行为期5年的长贮试验。试验期间,对参试弹药进行定期检查,并对完成5年长贮试验后的弹药进行内弹道性能、连发性能等射击试验,通过比较弹药完成霉菌、湿热、盐雾等实验室试验后与完成5年长贮试验后的外观区别,对比弹药长贮试验前后的射击性能,得出该舰炮弹药在5年长贮试验后的性能变化情况。结果 该舰炮弹药在模拟舰载环境的热带海洋大气环境中贮存5年后,部分弹药的药筒、底火出现点蚀,弹丸出现锈蚀或霉斑,但弹药内弹道性能和连发性能无明显变化。结论 该舰炮弹药在模拟舰载环境条件下贮存5年后,内弹道性能和连发性能满足产品设计要求,可以安全使用;热带海洋大气环境与国军标规定的试验条件存在一定差异,在热带海洋大气环境下现有包装条件下的某舰炮弹药外观出现明显的腐蚀现象。     

借鉴美国海军经验推进海军物资集装化建设

目的 为掌握弹药装备在舰载环境条件下长期贮存后的性能变化情况,验证当前弹药装备设计、试验标准是否满足装备实际使用要求.方法 抽取某舰炮弹药放置于亚热带湿热大气环境和热带海洋大气环境条件下的3个非标准库房中,进行为期5年的长贮试验.试验期间,对参试弹药进行定期检查,并对完成5年长贮试验后的弹药进行内弹道性能、连发性能等射击试验,通过比较弹药完成霉菌、湿热、盐雾等实验室试验后与完成5年长贮试验后的外观区别,对比弹药长贮试验前后的射击性能,得出该舰炮弹药在5年长贮试验后的性能变化情况.结果 该舰炮弹药在模拟舰载环境的热带海洋大气环境中贮存5年后,部分弹药的药筒、底火出现点蚀,弹丸出现锈蚀或霉斑,但弹药内弹道性能和连发性能无明显变化.结论 该舰炮弹药在模拟舰载环境条件下贮存5年后,内弹道性能和连发性能满足产品设计要求,可以安全使用;热带海洋大气环境与国军标规定的试验条件存在一定差异,在热带海洋大气环境下现有包装条件下的某舰炮弹药外观出现明显的腐蚀现象.     

大气环境腐蚀下钢结构力学性能研究综述

钢结构因质轻、强度高、建造方便、塑性及抗震性能好等优点越来越受到青睐。近几十年来,随着国内钢材产量及品种大幅提升,钢结构应用范围也越来越广,除传统的钢结构厂房外,钢结构也逐渐应用于高层、超高层及大跨度结构中。然而,钢结构有一个明显的缺点,即易腐蚀,暴露在大气环境中的钢结构,钢材表面会形成一种薄液膜,在干湿交替过程中对结构产生腐蚀。随着我国现代工业化进程的加快,环境问题日益突出,其中在富含SO_2的酸性大气环境和富含Cl~-的近海大气环境下钢材的腐蚀最为严重。钢材腐蚀不仅会造成巨大的经济损失,还会影响结构的安全稳定。钢材遭受腐蚀后,构件有效截面面积减小,强度和延性下降,不均匀腐蚀引起的锈坑会导致应力集中等,在动力荷载作用下,这些现象将引起钢材脆性断裂并影响疲劳强度,增加了钢结构风险事故发生的概率。大气环境腐蚀下钢结构性能的劣化已引起众多学者的关注。目前,国内外学者对钢材大气腐蚀的研究主要集中于:(1)钢材的大气腐蚀机理及影响因素;(2)不同大气腐蚀试验方法及其相关性;(3)钢材的大气腐蚀深度预测模型,目前虽已建立多种腐蚀深度预测模型,但要建立一种形式相对简单且精度高的预测模型仍需深入探讨;(4)大气腐蚀下钢材、钢构件的力学性能;(5)大气腐蚀下钢结构动态力学性能,此方面研究相对较少,目前国内外仍缺乏系统的报道。因此,为了明确大气环境(酸性和近海大气环境)腐蚀对钢结构性能的影响,本文对近50年国内外有关钢结构大气腐蚀的研究报道进行了评述,重点讨论了酸性、近海两种大气环境下,腐蚀对钢结构静态和动态力学性能的影响。首先分别详述了钢材在酸性(富含SO_2)、近海(富含Cl~-)大气环境下的腐蚀机理,以及大气腐蚀的影响因素;其次总结了钢材大气腐蚀试验方法,大气腐蚀下钢结构力学性能的相关研究;最后讨论了当前有关钢结构大气腐蚀研究的一些重要问题,并展望了今后的研究方向。     

铝合金轮毂在典型大气环境中的腐蚀及其防护措施

随着科技发展的日新月异，汽车轮毂也朝着轻量便捷化的方向发展。铝合金因其性能优异，在轮毂上的应用也越来越多，但铝合金轮毂的腐蚀问题仍是一大难题。简述了铝合金轮毂的几种常见腐蚀类型(丝状腐蚀、点腐蚀、晶界腐蚀、应力腐蚀、剥落腐蚀),介绍了大气环境因素对铝合金轮毂腐蚀的影响，描述了不同型号铝合金在国内外典型大气环境下的腐蚀情况和铝合金轮毂采用基体改性和表面处理的防腐措施。     

模拟海洋和一般大气环境下锈蚀钢材表面形貌差异研究

为了研究海洋和一般大气环境下锈蚀钢材表面形貌的差异,开展了模拟两种环境下钢试件的加速腐蚀试验.采用非接触式三维形貌扫描仪PS50获得锈蚀钢材的表面形貌,并通过编程提取钢材表面的蚀坑参数,包括平均蚀坑深度h、平均蚀坑深宽比Ar、蚀坑密度Pd,以及粗糙度参数如均方根高度Sq、界面扩展面积比Sdr和分形维数D.通过分析以上各参数和测试区域非均匀体积损失率ξs之间的关系,得到了两种环境下锈蚀钢材表面形貌的演化规律及差异.结果表明,与模拟一般大气环境相比,模拟海洋大气环境下的试件具有更小的平均蚀坑深度h和更大的平均蚀坑深宽比Ar,蚀坑形状更加浅而窄;模拟海洋大气环境下试件的粗糙度参数Sq、Sdr和D均大于模拟一般大气环境下的试件,其表面具有更大的高度差异、褶皱面积和更显著的形貌幅值变化;模拟海洋大气环境下试件表面蚀坑分布集中,局部腐蚀更为显著;模拟一般大气环境下试件表面蚀坑分布分散,更偏向全面腐蚀.