添加不同稀土元素对固体包埋法在 304 不锈钢表面制备 Ti / Cr-RE 双层涂层电化学性能的影响

目的选择合适的稀土制备Ti/Cr-RE双层涂层,提高不锈钢的耐腐蚀性能。方法采用两步粉末包埋法,先在304不锈钢表面渗Ti,再制备稀土改性Cr涂层,获得Ti/Cr-RE双层涂层。通过添加不同的稀土氧化物Y2O3和Ce O2,获得两种双层涂层,对比分析涂层的表面形貌、断面形貌及物相组成,利用电化学测试方法测定304不锈钢基体及两种Ti/Cr-RE双层涂层在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中的电化学腐蚀性能。结果添加不同稀土元素钇、铈,都能在渗Ti不锈钢表面形成一层致密、连续的稀土改性渗铬层。在两种稀土元素改性的Cr涂层中,稀土元素分别与Cr,Fe,Ni,Ti形成了金属间化合物。304不锈钢基体的自腐蚀电位为-0.324 V,腐蚀电流密度为0.1363μA/cm2;钇改性铬涂层的自腐蚀电位为-0.341 V,腐蚀电流密度为0.2058μA/cm2;铈改性铬涂层则具有更高的自腐蚀电位(-0.263 V)及更低的腐蚀电流密度(0.030 86μA/cm2)。结论钇改性铬涂层不能提高304不锈钢基体的耐腐蚀性能,铈改性铬涂层可以明显提高基体的耐腐蚀性能。     

马氏体不锈钢Cr-N包埋共渗涂层的耐腐蚀性以及应用

目的 研究在440A马氏体不锈钢表面沉积Cr2N涂层,以提高其耐腐蚀性的可行性。方法 采用包埋法并在1100 ℃下保温4 h后炉冷,得到表面涂覆Cr2N涂层的马氏体不锈钢。利用SEM、EDS、XRD研究氮铬共渗层的微观组织,利用极化曲线初步评估涂层的耐腐蚀性,分别在室温和60 ℃下的0.5 mol/L H2SO4+2 mg/L F–腐蚀液中进行全浸泡水浴腐蚀实验,进一步评估涂层的耐腐蚀性。结果 在30Cr2N- 2NH4Cl-68Al2O3渗剂中经1100 ℃保温4 h后,可在不锈钢表面形成致密的Cr2N涂层,涂层组织为Cr2N层（约17 μm）和富Cr沉积层（约19 μm）。表面Cr2N涂层光滑且致密,无裂纹和针孔等缺陷。在模拟PEMFC酸性环境的腐蚀液中（0.05 mol/L H2SO4+2 mg/L F–）,不锈钢原样、不锈钢涂层样品的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.623 V和3274 μA/cm2、-0.212 V和0.0362 μA/cm2。在水浴腐蚀实验中,不锈钢涂层样品在室温0.5 mol/L H2SO4+2 mg/L F–腐蚀液中经12 000 h腐蚀后仍未失重,而原样则以0.007 g/h的失重速率溶解;不锈钢涂层样品在60 ℃的0.5 mol/L H2SO4+2 mg/L F–腐蚀液中经800 h腐蚀后仍未失重,而不锈钢原样以0.252 g/h的失重速率快速溶解。结论 表面沉积Cr2N涂层的马氏体不锈钢相对于原样其耐腐蚀性能明显 提高。     

TiAlN/CrN多层膜的组织结构及耐蚀性机理

目的研究Ti AlN/CrN多层膜及Ti AlN、Cr N单一膜层的微观组织和电化学性能区别,分析不同结构薄膜材料的耐腐蚀性影响因素。基于电化学参数、组织结构和腐蚀形貌特征,为开发新型腐蚀性薄膜提供理论依据。方法采用多弧离子镀方法,在316不锈钢基底上先沉积150 nm Cr薄膜作为过渡层,然后交替沉积Cr N薄膜和Ti AlN薄膜,制备单层厚度为10 nm的Ti AlN/CrN多层膜。作为对比,制备单一Ti AlN、CrN薄膜。通过SEM、XRD表征薄膜断面形貌、组织结构,并分析耐蚀机理,结合极化曲线和阻抗谱对三种涂层进行电化学性能分析,最后对涂层进行浸泡腐蚀试验。结果 Ti Al N/Cr N纳米多层膜为面心立方结构,呈现共格外延生长,且呈(200)择优取向。纳米多层膜的动电位极化曲线测量结果与不锈钢基体和单层薄膜相比,其腐蚀电位正移为-0.36 V,腐蚀电流密度降低为0.501μA/cm~2,极化电阻为120 kΩ·cm~2。阻抗谱试验结果表明,相比较于单层膜和基体,Ti Al N/Cr N多层膜的CPE值最低,为29.83×10~(-6)Ω~(-1)·cm~(-2)·sn,n值为0.922,电阻为1.50×1~06Ω·cm~2。腐蚀形貌分析可得出,多层薄膜腐蚀后表面形貌与沉积态涂层形貌最为接近,认为其具有较高的耐腐蚀性。结论纳米层状结构改变了单一薄膜的原始生长模式,抑制了粗大柱状晶的生长,减小了薄膜的固有缺陷、晶粒尺寸,对薄膜的耐蚀性有正面积极的作用。     

表面渗硼对新型β-钛合金耐腐蚀性能的影响

目的通过制备渗硼涂层,提高新型β-钛合金的耐腐蚀性能。方法采用固体粉末包埋法,在空气及氮气气氛中,选取不同的渗硼温度,在Ti-33Nb-4Sn(简称334钛合金)表面渗硼。对比分析涂层的表面、断面形貌,总结渗硼涂层的生长规律。利用电化学测试方法,测定334钛合金制备渗硼涂层前后,在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果在不同的制备条件下,都能在新型β-钛合金表面形成一层致密、连续的渗硼层。该涂层为双层结构,由致密的外涂层和针须状的过渡层组成。在相同气氛下制备的涂层,随着渗硼温度的升高,致密外涂层厚度增加。在氮气气氛下制备的涂层致密外涂层的厚度,大于同温度下在空气中制备的涂层。基体经过不同条件渗硼处理后,开路电位都明显提高。334钛合金基体的自腐蚀电位为0.6692 V,腐蚀电流密度为2.356μA/cm^2。在空气中经过900、950、1000℃温度渗硼后,自腐蚀电位分别为1.0993、0.7221、0.7639 V,腐蚀电流密度分别为3.377、2.274、1.584μA/cm^2。在氮气中经过900、950、1000℃温度渗硼后,自腐蚀电位分别为0.8617、0.6804、0.8143 V,腐蚀电流密度分别为1.358、1.445、1.525μA/cm^2。结论渗硼涂层可提高334钛合金的耐腐蚀性能,氮气气氛下制备涂层的耐腐蚀性能明显优于空气气氛。     

40Cr钢液相等离子体电解氮碳共渗层的组织与性能

在NaCl溶液和甲酰胺组成的电解液中,应用液相等离子体电解氮碳共渗技术对调质态40Cr钢进行处理,表面得到氮碳共渗层,研究了其组织与性能。结果表明,经液相等离子体电解氮碳共渗处理后,试样表面为多孔形貌,处理10 min后渗层厚度可达38μm,渗层由两层白亮层和过渡层组成。XRD分析表明外白亮层由ε-Fe2-3N、Fe5C2、Fe3C和α-Fe(N)马氏体组成,SAED分析证明内白亮层为α-Fe(N)马氏体。渗层的显微硬度最高可达650 HV0.05,经氮碳共渗处理后试样的腐蚀速率远小于40Cr钢基体的腐蚀速率。     

AZ31镁合金铈转化膜在NaCl溶液中的腐蚀性研究

对AZ31镁合金表面进行稀土铈转化成膜处理,采用扫描电镜、失重法、电化学测试研究了AZ31镁合金铈转化膜在0.05mol/LNa Cl溶液中的腐蚀行为。结果表明:经过成膜处理72 h后,试样的腐蚀速率稳定在0.122 mg·cm~(-2)·h~(-1),而未经成膜处理的镁合金腐蚀速率为0.4583 mg·cm~(-2)·h~(-1)。腐蚀电位先增加后减小,而腐蚀电流密度先减小后增大。腐蚀4h后,腐蚀电位为-1.432 V,腐蚀电流密度为1.393×10~(-1)μA·cm~(-2)。     

38CrMoAl和42CrMo合金钢碳氮复合渗工艺

研究了真空脉冲碳氮复合渗工艺对38CrMoAl、42CrMo钢表层组织与性能的影响。研究表明:经过碳氮复合渗处理后,钢的表面可形成白亮层,淬火后表层会得到细小均匀的高碳马氏体组织,硬度提高3~4倍,有效硬化层深度达到1.5~2 mm;38Cr Mo Al经过碳氮复合渗处理后摩擦磨损率可从4.97×10~(-6)cm~3/min·N降低至2.04×10~(-6) cm~3/min·N,42CrMo可从5.35×10~(-6) cm~3/min·N降到1.53×10~(-6) cm~3/min·N。     

镁合金表面非晶涂层的构筑及其腐蚀行为

目的提高镁合金的耐腐蚀性能。方法采用超音速火焰喷涂技术,在AZ61镁合金表面引入Ni Cr Al作为中间层,最终在镁合金表面构筑一层铁基非晶涂层。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差热分析仪、显微硬度测试仪、开路电位测试仪、动电位极化测试仪、X射线光电子能谱仪和接触角测量仪,分别评价了镁合金基体和铁基非晶涂层的形貌特征、微观结构、热稳定性、力学性能、腐蚀行为和表面性质。结果在AZ61镁合金表面成功构筑了一层厚度约200～240μm的铁基非晶涂层,该涂层在XRD有效分辨率内呈单一非晶结构。热分析结果表明,该非晶涂层的起始晶化温度可达657℃,具有极高的热稳定性。铁基非晶涂层和AZ61镁合金的显微硬度分别为892HV和71HV,合金表面显微硬度提高了10倍以上。在模拟海水中,AZ61镁合金和铁基非晶防护涂层的稳态开路电位分别为-0.59V和-1.58V,自腐蚀电流密度分别为80μA/cm~2和4μA/cm~2;在酸雨介质中,镁合金和非晶涂层的稳态开路电位分别为-0.45 V和-1.51 V,自腐蚀电流密度分别为7.27μA/cm~2和1.64μA/cm~2。去离子水在AZ61镁合金的表面润湿角为(59.8±1.5)°,而铁基非晶涂层的接触角为(74.4±0.6)°。结论在镁合金表面构筑铁基非晶涂层,可以显著提高镁合金的耐蚀性,同时非晶涂层高的热稳定性和显微硬度,意味着良好的耐热和耐磨性能。     

镍基高温合金上Co改性铝化物涂层的组织结构与耐蚀性能

为研究Co改性铝化物涂层在室温环境中的耐蚀性,利用包埋法渗Co和气相沉积渗Al(两步法)制备出两种不同Co含量的Co改性铝化物涂层,采用XRD、SEM、EDS分析涂层的组织结构。结果表明:850℃和1 000℃渗Co涂层外层和内层均为γ-(Ni,Co)相,内层有氮化物/碳化物相析出。Co改性铝化物涂层与简单NiAl涂层结构一致,外层为β-(Co,Ni)Al相,内层为互扩散区含有大量的富Cr(W)相。简单NiAl涂层的自腐蚀电流为0.04μA/cm2,约为Co改性铝化物涂层的十分之一。这说明在涂层中添加Co降低涂层的耐蚀性,一方面因为Co的腐蚀电位(-0.28V)低于Ni的腐蚀电位(-0.25V),另一方面因为渗Co过程中产生的夹杂物与涂层电位不一致,容易成为微阴极区,加速涂层的腐蚀。     

稀土硼碳氮共渗层的抗氧化性与耐蚀性分析

对45钢、20CrMnTi钢、3Cr2W8V钢稀土硼碳氮共渗层的抗氧化性、耐腐蚀性进行了测试分析。试验结果表明,稀土硼碳氮共渗层对基体氧化和腐蚀具有很好的保护作用,尤其是共渗后的20CrMnTi钢的抗氧化性和3Cr2W8V钢的耐腐蚀性分别提高33．3％、33．1％,为该工艺的推广应用提供了参考。     

纯钛表面微弧氧化TiO2-B4C复合陶瓷膜耐磨耐蚀性研究

采用微弧氧化工艺,并掺杂B4C颗粒来制备耐磨耐蚀性优异的复合陶瓷膜,系统研究掺杂B4C含量对陶瓷膜微观形貌、物相组成、与基体结合力、显微硬度、粗糙度、耐磨性与耐蚀性的影响。结果表明:相比TiO2陶瓷膜,掺杂B4C颗粒的复合陶瓷膜更均匀致密,且由金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和B4C组成。随B4C浓度增大,陶瓷膜的膜层结合力、耐磨性与耐蚀性均先增强后减弱。由于具有最致密的表面形貌,TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的膜层结合力最大,为22.6 N。TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的破损时间最长,磨痕宽度最小,分别为19.24 min和384.53μm,耐磨性最好,其磨损机理为磨粒磨损与疲劳磨损。其自腐蚀电位与极化电阻最大,腐蚀电流密度最小,分别为-213.38 mV、5.47×10^4Ω·cm^2和2.37×10^-6A·.cm^2,耐蚀性最好。由Bode相图可知,陶瓷膜均由致密内层和疏松表层组成。     

电火花沉积Invar/非晶复合涂层的组织与性能

采用电火花沉积技术在45Mn2钢基材表面沉积了Invar、Invar/非晶及Invar/非晶/Invar涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、摩擦磨损试验仪和电化学工作站等分析了沉积层的组织结构、摩擦磨损和电化学腐蚀性能。结果表明,制备的涂层致密、均匀,与基材呈冶金结合。采用Invar合金打底,获得了约60 μm厚度的无显著裂纹Invar/非晶/Invar涂层。Invar涂层为FCC固溶体结构,Invar/非晶和Invar/非晶/Invar涂层为非晶/固溶体复相结构。Invar、Invar/非晶和Invar/非晶/Invar沉积层的平均硬度分别为176.6、 757.7和772.8 HV0.1,摩擦因数分别为0.44、0.21和0.19。提高沉积层非晶含量可提高硬度,降低摩擦因数,提高耐磨性。沉积层在3.5%NaCl溶液中没有明显的钝化现象,Invar、Invar/非晶及Invar/非晶/Invar涂层的自腐蚀电位分别为-0.74、 -0.54、-0.34和-0.31 V,自腐蚀电流密度分别为7.08、5.15、3.78和3.11 μA·cm^-2。电火花沉积的Invar/非晶/Invar涂层致密、均匀、无裂纹,可极大提高45Mn2钢基体表面的耐磨及耐蚀性能。     

低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层耐蚀性能的研究

本文使用低压冷喷涂技术,分别在45#钢基体与45#钢加镀铬层基体上制备铜锌涂层试样。通过静态浸泡与铜加速醋酸盐雾腐蚀试验（CASS）对涂层和涂层加镀铬层试样的腐蚀性能进行研究;采用SEM、XPS对腐蚀前后涂层与镀铬层的微观形貌与元素进行表征。结果表明：静态腐蚀过程中,铜锌涂层的耐腐蚀性优于铜锌涂层加镀铬层;CASS实验中,随着原始粉体中锌含量的增加,涂层试样与涂层加镀铬层试样的耐腐蚀性能提高,当铜锌比为6:4时,对应涂层试样、涂层加镀铬层试样与纯镀铬层的耐腐性能达到六级。铜锌涂层在腐蚀液中由于电化学腐蚀及氯化作用,导致铜锌均发生了腐蚀,其腐蚀产物主要为Zn(OH)2、Cu2O与CuCl2。铜锌涂层加镀铬层试样在腐蚀过程中,锌的腐蚀在一定成上可以起到减缓镀铬层腐蚀的作用,这种减缓的作用与镀铬层上析出的铜膜共同保护镀铬层,增强其耐腐蚀性能。     

UPDHES电泳涂层材料的制备及其防腐性能

目的研究电泳沉积条件及光交联对沉积胶束制备涂层形貌、性能的影响。方法首先通过自由基聚合制备可光交联双亲性丙烯酸酯共聚物(UPDHES),通过全反射红外、氢核磁共振(1H-NMR)对共聚物进行结构表征。然后,将可光交联双亲性丙烯酸酯共聚物在选择性溶剂中自组装形成胶束纳米粒子溶液,利用纳米粒度分析仪、透射电子显微镜(TEM)对胶束粒子的粒径和形貌进行表征。最后,以上述胶束溶液为沉积液,控制不同沉积条件,通过电泳沉积在316L不锈钢表面制备光交联涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)研究了电泳沉积条件及光交联对涂层形貌及性能的影响。同时,通过电化学工作站研究不同条件制备的涂层在1 mol/L HCl中的耐腐蚀性能。结果当沉积电压为5 V、沉积时间为3min时,电泳沉积制备的涂层表面光滑,具有较好的致密性和均一性,此时涂层的自腐蚀电位为-0.36 V,远高于不锈钢(-0.43 V),耐腐蚀性能最优。光交联后,涂层的附着力由2级增加至1级,自腐蚀电位增加至-0.34 V,耐腐蚀性进一步提高。结论电泳沉积胶束制备光交联涂层过程中,沉积时间、沉积电压均存在一最优值,此时制备的涂层结构完整,耐腐蚀性能最好。光交联可进一步提高涂层的耐腐蚀性能。     

Cr元素含量对镍基合金涂层抗热腐蚀行为的影响

采用高速电弧喷涂技术在20G钢基体表面制备三种铬含量不同的镍基合金涂层.光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析等技术对涂层微观组织结构、相组成及成分进行分析.选用摩尔比为7:3的Na₂SO₄+K₂SO₄水溶液涂敷刷在涂层表面,分析涂层在650℃下的抗热腐蚀性能.结果表明,涂层的腐蚀动力学曲线基本符合抛物线规律;四种涂层表面均形成了致密连续的NiO和Cr₂O₃保护膜.随着铬含量升高,涂层表面氧化膜中Cr₂O₃含量升高,NiO逐渐减少,涂层抗热腐蚀性能明显提高.Ni-30Cr,Ni-45Cr,Ni-50Cr涂层抗热腐蚀性能分别为20G钢基体的10,15和20倍;Ni-50Cr涂层抗腐蚀性能是美国Tafa 45CT材料的1.4倍.     

AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-TiC涂层组织和性能的研究

目的研究Al-TiC涂层组织和性能的特性,以提高镁合金涂层的硬度和耐蚀性能。方法采用Nd:YAG固体激光器,在AZ91D镁合金表面通过激光熔覆制备Al-TiC涂层,采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、电化学工作站,对熔覆层的组织形貌、物相结构、显微硬度和耐蚀性能进行测定和分析。结果 Al-TiC涂层的主要组成相有AlTi_3(C,N)_(0.6),Al_3Mg_2,Mg_2Al_3,Al和TiC等。激光熔覆层的厚度约为0.35 mm,表面成型良好,结合层晶粒细小,熔覆层与镁合金基体之间结合良好,呈大波浪形。熔覆层试样的平均显微硬度为224HV,约为基体显微硬度(62HV)的4倍,由此表明熔覆层对镁合金硬度有明显的增强作用。镁合金基体的自腐蚀电位为-1.475 V,自腐蚀电流密度为7.556×10~(–5) A/cm~2,熔覆层试样的自腐蚀电位为-1.138V,自腐蚀电流密度为4.828×10~(–5) A/cm~2,与镁合金基体相比,熔覆层的腐蚀电位值增加,腐蚀电流密度值变小,熔覆层的耐蚀性能得到提高。结论采用激光熔覆技术,能够在AZ91D镁合金基体表面制备Al-TiC涂层,由于硬质相AlTi_3(C,N)_(0.6),Al_3Mg_2,Mg_2Al_3,TiC等的存在,熔覆层的显微硬度和耐蚀性能显著提高。     

304不锈钢表面TiN涂层的耐蚀性能

目的 提高304不锈钢的耐腐蚀性能.方法 采用磁控溅射技术在304不锈钢表面沉积TiN涂层,并采用SEM、XRD及GDOES对涂层的表面形貌、成分进行测试.通过极化曲线和电化学噪声技术评价TiN涂层和基体在pH=2.5的3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,并研究涂层的失效机制.结果 在304不锈钢表面沉积了厚约1μm且均匀、致密的TiN涂层.极化曲线分析表明,基体和TiN涂层试样出现了自钝化和点蚀现象,其中304不锈钢基体的腐蚀电位为-0.41 V,腐蚀电流密度为8.01×10-6 A/cm2,与之相比,TiN涂层的腐蚀电位(-0.28V)明显增大,腐蚀电流密度(6.34×10-8 A/cm2)显著降低.电化学噪声分析显示,在浸泡初期,TiN涂层电极电流暂态峰数量较少,强度较大,噪声电阻较低,而随着浸泡时间的延长,其电流暂态峰数量增加,强度降低,噪声电阻明显大于304不锈钢基体.腐蚀形貌观察表明,304不锈钢和TiN涂层表面均出现了点蚀.结论 TiN涂层能够明显改善基体的耐蚀性能.TiN涂层主要起物理阻碍作用,涂层的主要失效形式是涂层表面的微观缺陷和破裂.     

等离子喷涂Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷 复合涂层的微观组织及电化学性能

目的 通过等离子喷涂工艺,在油气管道X70管线钢表面制备出Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层,研究该涂层的微观组织与电化学性能。方法 采用9MC Plasma Control Unit等离子喷涂系统,基于线切割尺寸为40 mm×24 mm×6 mm的X70管线钢基体表面,沉积Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜观察该复合涂层的微观组织与形貌,利用X射线衍射仪分析该复合涂层的物相组成,利用电化学工作站测定该复合涂层的电化学腐蚀性能。结果 Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层由完全熔化区和半熔化区双态组成,呈典型的等离子喷涂层状结构,层与层之间结合较紧密,分布着富Cr2O3沉积区与富TiO2沉积区,无相变产生,完全熔融的TiO2液相可嵌入到未完全熔融的Cr2O3结构间隙中形成固溶结构。经电化学腐蚀性能测试,其自腐蚀电位介于-0.4 ~ -0.3 V之间,高于X70管线钢基体的自腐蚀电位-0.6 ~ -0.5 V,腐蚀倾向滞后,表现出好的抗腐蚀性能。结论 研究选取的等离子喷涂参数较合适,并成功制备出了能明显提高油气管道X70管线钢抗电化学腐蚀性且组织分布均匀的Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层。