高温硫环境中不锈钢材料的腐蚀与防护研究

利用腐蚀实验、X-射线衍射分析和扫描电子显微镜分析研究了430、316、304不锈钢试样在高温密封的单质硫及硫化钠环境中的腐蚀规律,并在316不锈钢表面电镀Mn、Ni镀层探究其防护效果。结果表明,在高温密封的单质硫、硫化钠环境中不锈钢材料腐蚀速率的规律为:v(430不锈钢)v(304不锈钢)v(316不锈钢),且在硫化钠环境中的腐蚀更严重。镀镍对不锈钢的耐蚀性能没有提高,镀锰可以提高316不锈钢的耐高温硫腐蚀性能,腐蚀速率降为0.0166 mm/a。     

316L超低碳不锈钢的焊接性分析

用不同焊接方式和同一焊接方式不同焊口坡度焊接多种316L超低碳不锈钢焊接试板。通过外观观察、X射线检验、机械性能检验等方法对成品进行分析,掌握了316L材料的焊接性能。结果表明通过采取适当的工艺措施,316L奥氏体不锈钢焊接接头可以避免热裂纹、晶间腐蚀、刀状腐蚀等缺陷。同时验证了316L焊接接头良好的耐蚀性和机械性能。     

不锈钢金属双极板TiW和TiTa膜的制备及性能

针对质子交换膜燃料电池金属双极板耐蚀性和导电性有待提高的问题,本文用磁控溅射双靶共溅的方法,在316L不锈钢基体表面沉积TiW和TiTa两种非贵金属膜层。通过X射线衍射、扫描电子显微镜-能谱仪、X射线光电子能谱仪、电化学和接触电阻测试等方法,表征了涂覆膜层后不锈钢的微观结构、表面形貌、化学组成、耐腐蚀性和导电性。实验结果表明,磁控溅射制备得到的TiTa膜表面较为均匀,且TiTa膜沉积的不锈钢具有较好的耐腐蚀性,其恒电位极化电流密度能够维持在0.3μA/cm²;从导电性来看,TiW膜与碳纸之间的接触电阻小于TiTa膜。综合考虑材料的各项性能,认为沉积TiTa膜的316L不锈钢有用作金属双极板材料的潜力。     

导电聚苯胺膜的合成及其防腐性能

为了增强不锈钢(SS)双极板的耐腐蚀性能,采用循环伏安法(CV)在316L不锈钢(SS)表面电合成聚苯胺(PANI)薄膜。以0.2 M H_2SO_4+x NaCl水溶液为腐蚀介质,通过测量开路电位(OCP)、Tafel极化曲线和电化学阻抗谱(EIS),研究Cl-浓度对PANI/316L SS复合体系腐蚀行为的影响。结果显示:随着CV循环次数的增加PANI薄膜逐渐变厚;Cl~-浓度对PANI/316L SS耐腐蚀性能影响显著,随Cl~-浓度的增大,PANI/316L SS体系的耐蚀性降低。     

聚苯胺-TiO2复合膜对316L不锈钢耐蚀性能的影响

以苯胺单体和纳米TiO₂胶体溶液为电解液,采用电化学聚合法在316L不锈钢表面合成了聚苯胺(PANI)膜和PANI-TiO₂复合膜,并利用扫描电镜、X射线衍射等检测手段对PANI-TiO₂复合膜的316L不锈钢表面进行了表征,用循环伏安法和动电位极化曲线研究不同pH值下苯胺聚合的效果及不同TiO₂含量对316L不锈钢耐蚀性能的影响。结果表明,在pH为2.5的条件下,聚苯胺的聚合效果最好;相比于单一聚苯胺膜,PANI-TiO₂复合膜对316L不锈钢具有更好的保护性能。当TiO₂添加量为1.5 g时,制备的复合膜对提高316L不锈钢的耐蚀性效果最佳,其腐蚀电位为-0.55 V。     

316L不锈钢表面电镀镍工艺及其耐蚀性能研究

316L不锈钢由于其优异的耐蚀性常被用作石油开采行业中的设备制造。不锈钢因为腐蚀环境中H~+的存在而易被腐蚀,因此采用工业上广泛使用的电镀技术在不锈钢表面沉积镍镀层以提高不锈钢在含酸性介质中的耐腐蚀性并优化电镀镍涂层的制备工艺,获得最优耐腐蚀性能的镍镀层。本文在316L不锈钢表面利用正交实验,研究了一定条件下不同温度对镀层硬度及耐腐蚀性的影响,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射谱图和硬度测试分析了工艺参数对镀层结构的影响。研究表明:在其他条件一定时,随着温度的升高,镍镀层的硬度也不断增加。在其它参数不变的情况下,电镀温度为60℃时,所得镍层硬度最佳、耐蚀性最好。     

镀槽材质对化学镀镍溶液寿命的影响

分别采用304不锈钢和316不锈钢作化学镀镍槽材料,以碳钢为镀件进行化学镀镍周期实验,考察不同材质槽体对化学镀镍溶液寿命的影响。结果表明,在经50%硝酸钝化处理后的不锈钢容器内镀液性能稳定,槽液稳定常数在90%、沉积速率为10μm/h、镀层磷质量分数为11.4%的范围内,304不锈钢槽所盛槽液的使用寿命为6个周期,316不锈钢槽所盛槽液的使用寿命为9个周期,且所获得的镀层结构均匀、致密,外观平整光亮。作为化学镀镍容器,316不锈钢明显优于304不锈钢。     

In625合金和316L不锈钢在NaCl-CaCl_2-MgCl_2熔盐中的腐蚀机理

为了解Cr元素对含铬合金在三元NaCl-CaCl_2-MgCl_2氯化物熔盐中腐蚀的影响机理,选择两种含铬合金镍基Inconel 625(In625)和铁基奥氏体316L型不锈钢,采用全浸没法分别研究它们在500~700℃下于三元氯化物NaCl-CaCl_2-MgCl_2低共熔盐中的腐蚀行为,以及接触空气程度与温度对腐蚀的影响。绘制了In625合金和316L不锈钢在熔盐中600℃下浸没21 d的腐蚀速率曲线。采用XRD(X射线衍射仪)、SEM(扫描电镜)和EDX(X射线能谱仪)对In625合金和316L不锈钢的腐蚀产物和截面形貌进行分析。结果表明:两种金属的腐蚀程度随着接触空气的量和腐蚀温度的增加而加大;600℃下腐蚀21 d后金属表面和截面的元素及形貌分析表明,Cr具有优先脱溶性;600℃下腐蚀21 d后在合金截面形成了贫Cr区域;致密的腐蚀层可以降低金属的腐蚀速率;在NaCl-CaCl_2-MgCl_2三元氯化物熔盐中镍基合金In625拥有比奥氏体不锈钢更好的耐腐蚀性能。     

316L不锈钢双极板表面聚酰亚胺复合涂层的制备与性能研究

采用共混-喷涂-热压的方法,在316L不锈钢表面上制备了10μm厚不同导电填料含量的石墨/聚酰亚胺(G/PI)、纳米炭/聚酰亚胺(C/PI)复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、动电位极化、粘附力测试,以及接触电阻和水接触角测量,比较了含40%～70%(质量分数)填料的两种涂层的各项物理化学性质及其对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明,C/PI与G/PI涂层均能有效提高316L不锈钢基板的疏水性及耐蚀性,但G/PI涂层与316L不锈钢基板的结合力更好,更适合用作316L不锈钢双极板的耐蚀涂层。在含0.5 mol/L H_2SO_4和5 mg/L F-的溶液中,40%填料含量的G/PI复合涂层的耐蚀性最好,水接触角为86.6°。当组装扭矩为4.0 N·m时,70%G/PI涂层与碳纸的接触电阻为17.24 mΩ·cm~2,较316L不锈钢降低了约80.49%。     

医用不锈钢表面沉积类金刚石薄膜的电化学腐蚀性能研究

医用316L不锈钢植入物植入体内后,体内环境可导致其产生腐蚀和Ni离子的析出。利用双放电腔微波等离子体源全方位离子注入设备,采用等离子体源离子注入(plasmasourceionimplantation,PSII)和等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposi tion,PECVD)复合工艺在医用316L不锈钢表面沉积类金刚石薄膜,进行表面改性,以提高其在模拟体液环境中的腐蚀阻抗。扫描电子显微镜和原子力显微镜观察发现,薄膜由纳米粒子构成,膜层连续光滑。电化学腐蚀测试表明:采用PSII+PECVD复合工艺制备的类金刚石薄膜与316L不锈钢改性体系在(37±1)℃的Troyde’s模拟体液中的自腐蚀电位约为120mV,体系的击穿电位超过1.9V,与基体316L不锈钢相比,其热力学稳定性与抗腐蚀性能得到增强,改性效果优于单独的PECVD工艺。     

氧气对聚苯胺/316L不锈钢体系耐腐蚀性能的影响

为了防止不锈钢双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作环境下发生腐蚀,在由0.1 mol/L苯胺单体与0.2 mol/L H_2SO_4组成的水溶液中采用循环伏安法在316L不锈钢(SS)表面电化学合成了导电聚苯胺(PANI)薄膜。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了PANI的化学结构,采用扫描电镜(SEM)观察了表面形貌,发现所合成的PANI具有苯-醌交替的中间氧化态结构,PANI膜呈现纤维状形貌特征。采用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)对比研究了在0.2 mol/L H_2SO_4中氧气对PANI/316L SS和无涂层316L SS耐腐蚀性能的影响。结果表明,氧气促进了PANI/316L SS界面处保护性氧化膜的形成,使PANI/316L SS体系的耐腐蚀性能提高。     

430不锈钢表面微纳多孔结构阳极氧化膜的制备及疏水性研究

利用扫描电镜(SEM)研究了阳极氧化工艺对SUS430不锈钢在由氟化铵、水及乙二醇(Eg)组成的电解液中制备微纳多孔结构氧化膜的影响,通过能谱仪(EDS)对阳极氧化膜微孔内部和未成孔位置的组成进行了分析,测试了阳极氧化前后不锈钢表面的水接触角。适当降低电解液含水量有利于提高不锈钢表面的微孔密度,可形成微纳多孔结构的氟化铵浓度以0.15 mol/L最好,氧化电压过大以及氧化时间过长都会导致阳极氧化膜发生过度腐蚀。在氟化铵含量为0.15 mol/L、含水量小于0.4 mol/L的电解液中,保持电解液温度为20°C,采用氧化电压50~60 V阳极氧化15~30 min,不锈钢表面可制备出孔径为3~5μm的多孔结构,微米级孔洞内部形成有序的蜂窝状纳米多孔结构(孔径约为100 nm)。阳极氧化后不锈钢表面形成了氧化物和氟化物,与水的接触角为138.2°,具有较好的疏水性。     

不锈钢槽体表面钝化工艺的优化

以50%(体积分数)的硝酸溶液对304和316化学镀镍用不锈钢槽体进行钝化处理,采用单因素试验和正交试验方法考察了钼酸铵及氧化钇的添加量、钝化时间和钝化温度对304和316不锈钢槽体表面钝化膜孔隙率的影响,确定了优化的钝化工艺条件如下:钼酸铵和氧化钇的添加量分别为硝酸质量的4.0%和0.4%,304和316不锈钢的钝化温度分别为40°C和35°C,钝化时间5 h。通过扫描电镜观察了钝化前后不锈钢的表面形貌,测定了钝化膜的组成。结果表明,钼酸铵和氧化钇的加入使钝化膜的孔隙率显著降低,提高了钝化膜的耐蚀性。优化工艺制备的钝化膜主要由Cr、Fe、Ni和Mo的氧化物组成,膜层平整致密。     

医用316L不锈钢表面载药微孔制备技术

以0.3 mol/L草酸为电解液,利用磁控溅射镀铝与阳极氧化相结合的方法在医用316L不锈钢表面制备了亚微米至微米尺度的载药微孔.利用扫描电镜和X射线能谱对微孔表面形貌和元素分布进行观察和分析;并运用电化学极化曲线法研究了多孔316L不锈钢在生理盐水溶液中的腐蚀行为.研究结果表明:微孔的尺寸随着氧化电压的增加和氧化时间的延长而增大;且316L不锈钢的耐腐蚀性提高.     

阳极电解活化前处理的电流密度对304不锈钢电镀镍结合力的影响

为了在304不锈钢表面获得结合力良好的电镀镍层,先采用140 g/L氨基磺酸溶液对304不锈钢阳极电解活化再电镀镍。通过极化曲线测试分析了304不锈钢在氨基磺酸溶液中的电化学溶解特性,接着研究了电流密度对电解活化电流效率和活化效果的影响,最后通过奥拉法测试分析了阳极电解活化电流密度对304不锈钢表面电镀镍层结合力的影响。结果表明,在高于14 A/cm²的电流密度下电解后,不锈钢表面钝化膜被去除干净,后续所得镀镍层的结合强度显著提高。     

铁细菌对供水系统金属管材腐蚀行为的影响

铁细菌(iron bacteria, IB)是供水系统中影响金属管材腐蚀的主要微生物。从实际运行供水管道中提取IB,选用304不锈钢、316不锈钢、Q235碳钢和球墨铸铁,采用电化学分析、表面分析等方法,研究IB对上述管材腐蚀行为的影响。结果表明,IB体系中304不锈钢、316不锈钢的腐蚀速率在试验周期内随时间增加逐渐增大,Q235碳钢、球墨铸铁腐蚀速率则先快速增大后逐渐减小。IB体系中304不锈钢、316不锈钢表面产生较薄腐蚀层,球墨铸铁表面存在大量腐蚀产物和IB,Q235碳钢表面发现少量产物。球墨铸铁和Q235碳钢的腐蚀产物主要为磁铁矿、针铁矿、镁铁氧化物,但这些腐蚀产物在304不锈钢、316不锈钢表面未检出。IB对4种管材的腐蚀作用排序为：球墨铸铁>Q235碳钢>304不锈钢>316不锈钢。     

油田集输管线电化学腐蚀及防护研究

油田集输管线电化学腐蚀问题严重影响管线系统的使用寿命,为解决这一问题,对油田集输管线电化学腐蚀现象迚行了评价。采用油田集输管线中常应用的316L不锈钢作为实验对象,利用不同质量浓度的氯离子对316L不锈钢腐蚀,通过扫描电镜和能谱分析得到质量浓度为10 g·L~(-1)与50 g·L~(-1)氯离子侵蚀下的316L不锈钢微观形貌,具体分析得知,10g·L~(-1)氯离子对316L不锈钢侵蚀较轻,然而随着氯离子浓度的增加,氯离子对316L不锈钢侵蚀随之增加,在氯离子质量浓度为50 g·L~(-1)时,316L不锈钢腐蚀现象严重。在此基础上,根据油田集输管线电化学腐蚀情冴提出了相应的防护措施。     

316L不锈钢表面电化学合成聚苯胺及其防护特性

在0.3 M草酸与0.1 M苯胺单体组成的水溶液中,用循环伏安法(CV)在316 L不锈钢(SS)表面电化学合成了导电聚苯胺(PANI)薄膜。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对聚苯胺膜进行结构分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察表面形貌。结果发现所合成的PANI为具有苯-醌交替的中间氧化态结构,PANI膜呈现细圆颗粒堆积形态。在0.2 M H2SO4中研究了聚苯胺的耐腐蚀性能,结果表明,电化学沉积的聚苯胺膜,其耐腐蚀性能明显高于316L不锈钢,能够对不锈钢基体提供腐蚀保护。     

几种金属材料在乳酸中的腐蚀性能研究

采用失重法对316L不锈钢、Ti、Ni 3种材料在不同条件下的耐乳酸腐蚀行为进行了研究,详细考察了反应温度和反应时间对316L腐蚀的影响。结果表明,316L在L-乳酸中腐蚀速率随反应温度的升高而增大,在反应时间36 h,反应温度90℃和120℃下,腐蚀速率分别为0.382 mm/a和0.801 3 mm/a,属尚耐腐蚀;150℃和180℃下腐蚀速率分别为3.85 mm/a和6.01 mm/a,属不耐腐蚀。金相显微镜分析表明,316L不锈钢表面在较低温度的乳酸中以点蚀为主。现场挂片腐蚀实验结果表明,当温度低于120℃,316L可以作为乳酸生产设备的选材。     

正交设计法优化碳纤维表面连续镀镍工艺及性能

采用正交设计法,以镀镍碳纤维镀层电阻率为考察目标,对碳纤维表面连续电镀镍工艺参数进行优化。采用L9(33)正交试验对碳纤维表面进行电镀镍处理,电镀温度、电流密度、电镀时间作为3个因素。采用冷热循环法测试镀镍碳纤维镀层和碳纤维的结合力,采用X射线光电子能谱仪研究镀镍碳纤维镀层的元素组成及化学状态,采用电子万能材料试验机测试镀镍碳纤维的力学性能。结果表明:最优的碳纤维表面镀镍处理条件是:电镀温度50℃,电流密度0.5 A/dm2,电镀时间6min。镀镍碳纤维镀层和碳纤维是通过Ni—C—O键实现紧密结合的,部分表层金属镍被氧化生成了NiO。由于镀层的存在,使得镀镍碳纤维和树脂间的界面结合力发生了改变,从而导致镀镍碳纤维的力学性能有所下降。