γ_N相在硼酸缓冲溶液中的腐蚀与钝化性能

采用等离子体源渗氮技术在304L奥氏体不锈钢表面制备高氮面心结构的γ_N相层,利用阳极极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究γ_N相在pH=8.4硼酸缓冲溶液中的腐蚀行为。结果表明:γ_N相的阳极极化曲线呈现出自钝化-过钝化溶解过程,自腐蚀电位Ecorr较原始不锈钢提高了75mV,维钝电流密度Jp降低近一个数量级,耐蚀性能明显提高。与原始不锈钢钝化膜相比,γ_N相钝化膜的EIS容抗弧直径及|Z|值增大,相位角平台变宽,其电荷转移电阻Rct增至1.064×107Ω·cm2,双电层电容Cdl降至65.4μF/cm2,说明γ_N相钝化膜更致密,表现为近电容特性。随着浸泡时间增加,γ_N相钝化膜的Rct稳定在107Ω·cm2量级,具有良好的稳定性。     

γ_Ν相在硼酸溶液中钝化膜的组成及其半导体特性研究

采用等离子体源渗氮技术在AISI 304L奥氏体不锈钢表面制备高氮面心结构的γ_Ν相层。利用AES和XPS分析了γ_Ν相层在p H值为8.4的硼酸溶液中钝化膜的化学组成,借助Mott-Schottky方程分析了γ_Ν相层钝化膜的半导体特性。结果表明:γ_Ν相层钝化膜具有双层结构,外层由Fe、Cr氢氧化物和氧化物构成,呈现出n型半导体特性;内层主要以Cr2O3为主,呈现出p型半导体特性,并且N以Fe Nx和Cr Nx形式存在于钝化膜内。与原始不锈钢钝化膜相比,γ_Ν相层钝化膜内施主浓度和受主浓度更低,平带电位负移,说明其钝化膜致密性更好,腐蚀速率更低。     

45#钢Cr-N包埋共渗涂层的组织特征及形成机理

目的研究在45~#钢表面包埋共渗沉积Cr_2N涂层提高其耐蚀性的可行性。方法采用包渗法,对在1100℃下保温不同时间,得到不同时期的氮铬共渗涂层。利用扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪研究氮铬共渗层的微观组织及其生长机制,利用极化曲线评估涂层耐蚀性能。结果 45~#钢氮铬包埋共渗在保温4 h时可获得最佳涂层,涂层组织为Cr_2N层(约15μm)、Cr的沉积层(约10μm)、Cr的扩散层(约15μm)。Cr_2N层呈现强烈的(002)晶面择优取向;Cr沉积层为Fe-Cr合金及铬的碳化物相(Cr_7C_3,Cr_3C_2)。在模拟燃料电池腐蚀液中,45~#钢、45涂层样品、304不锈钢自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.521 V和230.63μA·cm~(-2),-0.448 V和10.89μA·cm~(-2),-0.299 V和5.26μA·cm~(-2)。当腐蚀电位高于0.3 V时,涂层样品会二次钝化,腐蚀电流低至1.43μA·cm~(-2)。结论沉积Cr_2N的45~#钢样品相对原样其耐蚀性有很大提高,并且当腐蚀电位达到0.3 V以上时,其耐蚀性能优于304不锈钢。     

氩气和氢气轰击对304奥氏体不锈钢耐蚀性能的影响

采用原子力显微镜,X射线光电子能谱、阳极极化曲线和Mott-Schottky曲线分析氩气和氢气轰击对304奥氏体不锈钢表面的微观形貌、元素含量以及耐蚀性能的影响。结果表明:气体轰击后,304奥氏体不锈钢试样表面产生均匀分布的锥形凸起;氩气轰击使表面变得更粗糙,钝化膜中Fe、Cr元素和Cr_2O_3的含量都降低,而且Ar~+对Cr原子择优溅射;Ar~+在阴极位降区获得的电场能比H~+大,轰击作用更强;氩气轰击后试样耐蚀性下降,钝化膜中含有的氧空穴缺陷比轰击前增多近两个数量级,更容易发生点蚀;而氢气轰击对表面粗糙度,元素含量和耐蚀性几乎没有影响。     

表面溅射高含铝奥氏体不锈钢合金涂层对316不锈钢抗高温氧化性能的影响

利用直流磁控溅射在316奥氏体不锈钢表面制备高含铝奥氏体不锈钢涂层,采用增重法、SEM、EDS和XRD研究了高含铝合金涂层对316奥氏体不锈钢在850℃下抗高温氧化性能的影响。结果表明,施加涂层显著提高了316不锈钢的抗氧化性能。其原因是高含铝合金涂层表面形成了由Al_2O_3、Fe(Cr,Al)_2O_4和Cr_2O_3组成的连续致密的氧化膜,而316奥氏体不锈钢表面形成的是由Fe_2O_3、Cr_2O_3、FeCr_2O_4和少量NiCr_2O_4组成的疏松且不连续的氧化膜。     

铁基非晶涂层在NaCl和H_2SO_4溶液中的钝化行为

采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备了一种Fe Cr Mo Mn WBCSi非晶态合金涂层,测试并分析了非晶涂层组织、钝化膜成分及涂层在不同浓度Na Cl和H2SO4介质中的钝化行为,并与304不锈钢和ND钢进行对比.结果表明,非晶涂层由于钝化膜中高含量的Cr,Mo及W的氧化物,钝化区间宽,抗钝化膜破裂能力强,孔隙的存在降低其均匀腐蚀抗力.304不锈钢钝化膜破裂电位较低且与Na Cl溶液浓度密切相关.304不锈钢和ND钢只有在浓H2SO4溶液中具有较稳定的钝化特征,非晶结构有助于涂层在稀H2SO4溶液中形成更加稳定的钝化膜,厚度较小的涂层(200μm)具有较高的非晶相含量,形成的钝化膜较厚,耐蚀性更加优异.     

表面粗糙度对硝酸钝化304不锈钢点蚀行为影响

采用动电位扫描、电化学阻抗谱和电化学噪声等方法研究了不同表面粗糙度的304不锈钢在体积分数10%HNO3溶液中钝化后的耐蚀性。结果表明,随304不锈钢钝化前表面粗糙度从0.25μm降到0.10μm,电荷转移电阻从6.51kΩ·cm2上升到19.17kΩ·cm2,电位标准偏差和电流标准偏差降低,而噪声电阻增大;随表面粗糙度的增大,试样电位和电流的功率密度曲线线性部分的斜率均出现增大,谱噪声曲线线性部分的斜率下降,表明在光滑的不锈钢表面更容易形成致密稳定且耐腐蚀性强的氧化膜,硝酸钝化能显著改善304不锈钢耐点蚀性能。     

Mn-N双相不锈钢堆焊熔覆层耐点蚀性能研究

采用粉末堆焊和固溶热处理的方法制备Mn-N系双相不锈钢堆焊层试样。观察堆焊层的金相组织,通过FeCl_3-HCl浸泡试验和动电位极化曲线法研究堆焊层的耐腐蚀性能,并与2209双相不锈钢及304奥氏体不锈钢堆焊层进行对比。结果表明:研制的Mn-N型双相不锈钢堆焊层的金相组织为奥氏体和铁素体,两相比例接近1∶1,铁素体的存在为晶界提供了充足的Cr,减小了Cr的碳化物沉淀,耐点腐蚀性优于304奥氏体不锈钢;Mn-N双相不锈钢的耐腐蚀性能略差于2209双相不锈钢,原因是其Cr、Mo元素含量低于2209,使其钝化膜的稳定性和再钝化能力有所下降。     

核电用304L奥氏体不锈钢等离子体源渗氮

对核电用304L奥氏体不锈钢进行450℃×6 h等离子体源渗氮处理,对比研究了渗氮前后改性层的组织与性能。结果表明:304L奥氏体不锈钢渗氮后,表面获得了厚度约为15μm,峰值氮浓度可达25at%的单一面心结构的γ_Ν相改性层,其最大显微硬度高达1320 HV0.025,干摩擦条件下,γ_Ν相改性层的磨损体积由原始不锈钢的0.102 mm~3降低至9.26×10~(-3)mm~3,磨损机制由黏着磨损转变为氧化磨损,耐磨性能显著提高。在3.5%Na Cl溶液和p H=8.4硼酸溶液中,γ_Ν相改性层的自腐蚀电位比原始不锈钢分别提高了323 m V和75 m V,耐蚀性能明显改善。     

热浸镀Al-Si-Y对S304不锈钢高温性能的影响

通过热浸镀铝方法,对S304奥氏体不锈钢在熔融Al-Si-Y中进行处理。采用SEM,XRD,高温氧化试验及摩擦磨损试验对热浸镀涂层的组织结构及高温性能进行研究。结果表明,热浸镀涂层由富铝层及化合物层组成,富铝层中分布有富Y的Al-Fe-Si-Ni和Al-Si-Fe析出相,化合物由外到内由主要物相为(Fe,Cr)2SiAl7,含Si的(Fe,Cr)Al3以及含Si的(Fe,Cr)Al2的3个亚层组成。高温氧化和磨损试验表明,热浸镀铝后S304不锈钢与原始S304样品相比,抗氧化性能有所改进,耐高温磨损性能明显提高。     

激光表面重熔提高2Cr13钝化膜的稳定性

一、前言激光表面重熔是近年发展起来的一种改善材料耐蚀性的表面改性技术。McCafferty等和Lumsden等的研究表明,经激光重熔处理后304不锈钢的耐蚀性能,在含c1~-介质中超过316不锈钢。王茂才等对M38镍基超合金的研究工作表明,激光重熔处理由于改变了第二相分布,使耐蚀性成倍提高。 2Cr13马氏体不锈钢具有较高的强度和较好的机械性能,但其耐蚀性能远不及0Cr18Ni9等奥氏体不锈钢。本工作通过激光重熔处理对2Cr13进行表面改性,试图改善2Cr13的钝化特性和钝化膜的稳定性。     

40Cr13马氏体不锈钢淬火组织及表面氧化皮的显微分析

应用OM、SEM、XRD等手段分析研究了退火态40Cr13马氏体不锈钢板材淬火后的组织特征以及表面氧化皮的显微结构。结果表明:淬火后基体内部的显微组织均为细小淬火马氏体及未溶解的碳化物和残留奥氏体,且碳化物的数量和尺寸随着淬火温度升高而减少;在900℃温度下淬火后板材表面氧化皮结构较为简单,几乎只含有Cr_2O_3菱方结构相,氧化皮厚度小于2μm;在1050℃温度下淬火后板材表面氧化皮结构比较复杂,含有Fe_2O_3菱方结构相和FeO·Cr_2O_3尖晶石结构相,氧化皮厚度在10μm以上,甚至达30μm,这增加了40Cr13马氏体不锈钢表面氧化皮去除的难度。     

GX40CrNiSi25-20奥氏体不锈钢的高温氧化性能研究

采用不连续恒温氧化增重法研究了GX40CrNiSi25-20奥氏体不锈钢在不同温度和氧化时间条件下的抗高温氧化性能。结果表明,其氧化动力学曲线遵循抛物线规律。试样在700℃、900℃、1100℃下氧化100h后,其氧化增重分别为0.143mg/cm~2、0.323mg/cm~2和0.813mg/cm~2;表面氧化程度随着氧化温度的增加逐渐增大;氧化膜的主要物相分别为NiO、Fe_(0.98)O、Cr_2O_3和Fe_(0.64)Ni_(0.36)奥氏体相,Fe_2O_3、Fe_3O_4、Cr_2O_3和尖晶石结构(FeCr_2O_4、NiCr_2O_4),以及Fe_2O_3、FeO、Cr_2O_3和尖晶石结构。生成的Cr_2O_3和尖晶石结构等产物使材料具有良好的高温抗氧化性能。     

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。     

激光熔覆钴基金属陶瓷复合涂层抗高温氧化及冲蚀性能

在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面激光熔覆了Co基金属陶瓷复合涂层,对高温氧化后基体和复合层进行物相分析,并采用垂直气一砂喷射式高温冲蚀磨损试验装置进行高温冲蚀试验,分析熔覆层冲蚀后的微观形貌。研究表明:钴基合金熔覆层具有良好的抗高温氧化性能,原因在于Co能有效促进形成由Cr_2O_3,CoO·Cr_2O_3或CoCr_2O_4组成的致密氧化膜,且CoO与Cr_2O_3间较强的结合键增强了氧化膜的致密性。钴基合金添加10%WC的激光熔覆层具有比基体金属更为优良的抗高温冲蚀磨损性能,而添加了20%WC的激光熔覆层的抗高温冲蚀磨损性能则比基体差。     

AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-气体复合渗碳温度对渗碳层的影响

采用离子轰击去除不锈钢表面钝化膜并活化表面,然后在不同的渗碳温度条件下,用氢气和乙炔混合气体对AISI 316L奥氏体不锈钢进行硬化处理,研究了渗碳温度对不锈钢渗碳层组织和性能的影响。结果表明:AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-乙炔气体渗碳的临界温度为540℃。在440~540℃温度范围内,渗碳层中具有单一γc相结构,无铬的碳化物析出,硬化层厚度与硬度均随渗碳温度的升高而增加。当渗碳温度超过540℃,渗碳层中不仅含有γc相,而且会有新相生成(如Cr23C6、Cr7C3、Cr C、Fe3C、Fe2C),从而引起不锈钢耐蚀性能降低。     

退火工艺对Cr25耐热钢高温抗氧化性能的影响

对Cr25耐热钢进行1150℃×5 h扩散退火,570℃×5 h去应力退火两种退火工艺处理,并利用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法分析合金在1100℃×100 h的氧化增重、氧化膜形貌、相组成及抗氧化机理。结果表明:高温扩散退火后,使原沿晶粒间连续分布的Cr_(23)C_6溶解,提高了铁素体基体的铬含量,并在晶内异位析出,从而使氧化速率由570℃去应力退火时的0.23 mg/(cm~2·h)降至1150℃扩散退火时的0.12 mg/(cm~2·h);同时使氧化膜结构由低温处理时的Cr_2O_3-Fe_2O_3-FeCr_2O_43层结构转变为高温处理时所形成的连续致密Cr_2O_3结构,提高了合金的抗氧化性能。     

含铝奥氏体耐热钢的高温抗氧化性能

以Fe-18Cr-30Ni为基础,添加不同含量的Al设计了4组新型奥氏体耐热钢。利用氧化质量增加法研究了4组新型奥氏体耐热钢在700、800和900℃下空气中的氧化行为,绘制了氧化动力学质量增加曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜的表面形貌及结构进行了表征。结果表明,1~3号钢在900℃时均形成了较为致密的Al2O3内层氧化膜,合金表面生成的复合氧化膜由内到外依次为Al_2O_3、(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4;1号钢氧化过程中还形成了富(Cr,Fe)的混合氧化物,降低了Al_2O_3氧化膜的连续性;4号钢900℃并没有形成致密的Al_2O_3内层氧化膜,生成的复合氧化膜由内到外依次为(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4。     

气压对304奥氏体不锈钢低温离子渗氮组织与性能影响

在400℃、8 h、不同气压(80~400 Pa)条件下对304奥氏体不锈钢进行离子渗氮处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、显微硬度计及万能摩擦试验机对表面改性后的304奥氏体不锈钢渗层组织、相结构、渗层硬度以及耐磨性进行了测试和分析。结果表明,400℃离子渗氮处理后304奥氏体不锈钢形成了明显的白亮层,即单相S相层;低压对304奥氏体不锈钢离子氮化具有良好的催渗效果,即渗层厚度随气压的减小而增加,在100 Pa条件下,渗层厚度达到最大值51.7μm;渗氮后试样表面硬度达到最大值1100 HV0.01;低温低压离子渗氮能够提高304奥氏体不锈钢耐磨性,80 Pa和100 Pa是提高304奥氏体不锈钢耐磨性的最佳气压。     

316L不锈钢在不同pH值硼酸溶液中的电化学行为研究

采用动电位极化、电化学阻抗及Mott-Schottky技术研究了316L不锈钢在pH值分别为4,7和11的硼酸溶液中钝化膜的电化学行为,并对钝化膜成分进行了X射线光电子能谱分析。结果表明:316L不锈钢在酸性、中性和碱性硼酸溶液中均能形成稳定的钝化膜,且随p H值增加钝化电位区间减小,过钝电位显著下降。碱性硼酸溶液中316L不锈钢过钝电流显著增加。钝化膜完整性在中性硼酸溶液中最好,酸性溶液中最差。MottSchottky曲线结果表明,在酸性环境中随着电位的升高,钝化膜由n型向p型转变;在中性和碱性环境中,钝化膜半导体类型分别为n型和p型。这是由于随p H值增加,Cr的氢氧化物消失,钝化膜中Fe由Fe O(OH)转变为Fe_3O_4;在碱性环境下钝化膜中Cr_2O_3含量减少导致耐蚀性下降。