纳米CaCO3的生长和控制机理

应用SEM分析测试技术 ,研究了纳米CaCO3 的生长特征以及反应温度、添加剂及其加入量等因素对CaCO3 晶体形态和粒径的控制机理。结果表明 :纳米CaCO3 晶体的生长过程遵循MLS结晶生长模型 ,随Ca(OH) 2浓度的增加 ,CaCO3 的结晶生长时间延长 ,且由于碳化液粘度的增大而凝并长大 ;反应温度的升高 ,改变了CaCO3的晶面生长速率 ,使CaCO3 粒径增大 ,而且纳米CaCO3 呈现出高面网密度的晶体形态 ;添加剂的作用在于其电离产生的离子进入CaCO3 的晶格位置 ,或选择性地吸附在CaCO3 的晶面上 ,从而改变CaCO3 的表面能 ,因此当添加剂足以包覆CaCO3 晶面的活性部位时 ,增加添加剂量 ,不能继续抑制CaCO3 的生长     

等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层对油田采出液的耐垢性分析

采用大气等离子喷涂制备NiCr-Cr3C2涂层,通过涂层显微组织观察、X射线衍射分析、能谱分析、油田采出液表面能计算及挂片试验,研究Cr3C2-NiCr涂层对油田采出液耐垢性能的影响.结果表明:等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层对油田采出液接触角和表面能较低,垢物CaCO3不易附着,结垢量较少,体现出良好的耐垢性;涂层表面结垢物分布较均匀,且Ni、Cr元素参与形成垢物,而基体结垢物为CaCO3、Fe3O4,且多分布于腐蚀坑处.     

金属管材在模拟地热水中的腐蚀结垢性能

利用雷诺兹指数(Ryznar)对所研究的模拟地热水溶液的类型做出判断。通过在20号碳钢上进行化学镀得到镀层均匀的镀镍磷钢,并采用体式显微镜、全浸均匀腐蚀试验、电化学试验研究了镀镍磷钢、304不锈钢和20号碳钢三种常用金属管材在模拟地热水中的腐蚀结垢性能。结果表明:镀镍磷钢在模拟地热水中浸泡后所得表面垢层分散且量少,而304不锈钢表面生成的污垢较厚且集中,20号碳钢表面则生成了大量腐蚀与结垢产物。此外,镀镍磷钢和304不锈钢在全浸试验后未发生宏观腐蚀,但通过电化学试验进一步比较,镀镍磷钢的自腐蚀电流密度小于304不锈钢的,且其阻抗值明显大于304不锈钢的。因此,与304不锈钢和20号碳钢相比,镀镍磷钢具有更优良的耐蚀阻垢性能。     

形变诱发纳米孪晶对0Cr22Mn17MoNbN钢的强化作用

以0Cr22Mn17MoNbN高氮无镍奥氏体不锈钢为试验材料,研究了其不同压缩量冷变形后的显微组织及拉伸性能.结果表明,试验钢在固溶处理状态下为单相奥氏体组织,奥氏体晶内存在大量退火孪晶.经压缩冷变形后,晶粒及晶内孪晶结构明显细化,形成了层状高密度纳米孪晶,材料表现出非常高的强韧性.     

T91钢高温高压水蒸汽氧化膜微观组织结构研究

利用扫描电镜和能谱仪对高温高压水蒸汽条件下的T91钢氧化层形貌和氧化膜成分进行观察和分析.结果表明:氧化层的外层主要是粗柱状晶组织,其根部为细等轴晶组织;内层是单相无晶界结构.在表面生成CrFe2O6氧化物的单相无晶界非晶体簿膜,它是在Cr、Fe与O的供应相对较充足的环境中,由直径约0.1～0.2 μm的纳米级CrFe2O6氧化物小粒子堆积而成;继续氧化时,在非晶体层表面生长出CrFe2O4氧化物晶体层,在该晶体层生长的初期,(Fe、Cr):O比与非晶体层一致,但Cr逐渐减少而Fe渐多,并且Fe、Cr离子在CrFe2O4氧化物晶体中严重缺位约37%.     

喷丸处理对Super304H钢抗蒸汽氧化性能的影响

研究了喷丸与未喷丸处理的Super304H钢在650℃/27 MPa的超临界蒸汽中的氧化行为。氧化1000和2000 h后,用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析氧化膜表面及横截面形貌、微观结构和元素分布,用X射线衍射仪(XRD)对氧化膜物相进行表征。结果表明:喷丸处理试样的抗蒸汽氧化性能要远优于未喷丸的试样,喷丸处理可显著提高Super304H钢的抗蒸汽氧化性能并提高表面氧化膜的抗剥落性能。对Super304H钢施以喷丸处理,可使材料表面晶粒细化,引入的晶界、亚晶界和位错等缺陷,加速Cr原子在高温氧化过程中向表面扩散,促进材料表面致密富Cr氧化层(Cr_2O_3)的形成和生长。     

添加P2O5及F对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃形成及析晶的影响

为了研究P2O5及氟化物对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃形成及析晶的影响，采用高温熔融法制备了不同P2O5及氟化物含量的玻璃试样。结果表明：玻璃的形成范围大致为（P205％＋F％）≤10％。在氟化物的添加量较低时，试样仅发生表面析晶，析出晶体为硅灰石（CaSi03）和少量的钙长石（CaAl2Si2O8）。随着氟化物含量是增加，试样在表面和内部都析出晶体，最终形成“整体”析晶的状态。P2O5的加入抑制了表面析晶，但促进了玻璃的分相和整体析晶。同时添加P2O5及氟化物将促进晶体的整体析出和晶体的生长，P2O5加入量的提高有利于氟磷灰石（Ca5（PO4）3F）的析出，而氟化物含量的提高增加了钙长石的析出。     

碳钢-黄铜-不锈钢瞬间液相扩散结合区组织与性能北大核心CSCD

采用OM、SEM、EDS、EPMA、显微硬度和剪切试验等方法,研究了H62黄铜中间层20钢/304不锈钢瞬间液相扩散结合区组织与性能。结果表明,结合区发生Fe、Cr、Ni、Cu、Zn原子互扩散,异种金属界面获得良好的冶金结合,抗剪强度可达到270 MPa以上;碳钢/黄铜界面有含Cr、Cu、Ni、Zn的"岛状"富铁相形成,扩散温度由950℃增加至1100℃,岛状组织形态由不连续状转变为连续状,并向黄铜中间层中生长,随着扩散时间的延长,贯穿于中间层,使结合区硬度增加,抗剪强度提高;950℃扩散复合,碳钢/黄铜界面有铬碳化物形成,剪切断裂发生该处,断口呈脆性穿晶断裂;1100℃扩散复合,碳钢/黄铜界面无铬碳化物形成,剪切断裂发生在黄铜/不锈钢界面,断口呈韧性断裂。     

润湿角对振动激冷表面晶体形核及剥离的影响

研究了润湿角对LY12铝合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢两种材质的激冷振动表面晶体形核及剥离的影响。结果表明,润湿角较大的不锈钢材质激冷振动表面几乎没有形核发生,仅在固-液界面处有晶雨的下落。对于润湿角较小的铝合金材质在固-液界面处也存在晶雨的下落,但是晶体形核行为非常明显,并且长大的晶粒形成游离晶。     

高等级合金CO2环境下的腐蚀行为研究

以 Sanicro 25 奥氏体不锈钢和 HR230、740H 镍基合金为研究对象,在高温 CO₂环境下分别进行了 800、900 和 1000 ℃的腐蚀实验。利用分析天平获得材料反应前后的质量变化,利用 SEM/EDS 对合金反应后的形貌及腐蚀产物进行观察分析,利用XRD表征合金表面的腐蚀产物。结果表明：3种材料在高温CO₂环境下的腐蚀动力学曲线均符合抛物线规律,反应速率均随着温度的升高呈现量级的增加,表面腐蚀产物尺寸随着温度的升高不断增大。3种材料表面生成的腐蚀产物主要为富Cr氧化物。3种材料表面腐蚀产物结构存在差异,Sanicro 25 不锈钢上的呈多层,而 HR230 和 740H 合金上的为单层;HR230 和 740H 合金均存在内氧化现象,且740H 合金中高含量的 Al 和 Ti 使其内氧化程度更加严重,抗 CO₂腐蚀性能降低。因此,在高温CO₂环境下镍基合金HR230具有较为优越的抗腐蚀性能。     

Influence of metal grain growth on the oxidation behavior of a 25Cr-20Ni steel

Comparative oxidation tests with a fine- and a coarse-grain 25Cr-20Ni steel, and cast steel of similar composition in synthetic air between 900 and 1300°C reveal a strong influence of grain growth in the base metal on the oxidation behavior. Metal grain growth destroys the protective Cr₂O₃-rich scale, and promotes the formation of a scale rich in iron oxides. The result is a higher scaling rate, and a higher Cr depletion at the metal-scale interface of the fine-grain material which undergoes grain growth during oxidation.     

氟对不锈钢钝化效果的影响

分析了钝化液组分及工艺条件对不锈钢钝化效果的影响,结果表明:在HNO3和H2O2组成的不锈钢钝化液中,高浓度的氟促进高耐蚀性钝化膜的形成,其耐中性盐雾时间达到168h,同时也增强了钝化液中过氧化氢的稳定性。EDS能谱分析结果表明,不锈钢经过这种含高浓度氟的钝化液处理后,表面形成的钝化膜成分均一,无杂质S和Si,且有益组分Cr富集,因而耐蚀性能明显提高。     

TP347H钢高温水蒸气氧化研究

研究了在600MW超临界机组屏式过热器TP347H管运行5000h后的高温蒸气氧化层。通过分析蒸气氧化层成分、相结构以及Cr的分布,并结合高温水蒸气存在的情况下氧化膜生长速度,提出了高温蒸气氧化层的形成机理。由Cr的扩散探讨了晶粒尺寸对TP347H管抗高温蒸气氧化性能的影响。结果表明:CrO2(OH)2的挥发导致了外层Fe的氧化物的形成,FeCr2O4内层的形成能够有效减缓蒸气氧化进程,进入稳态氧化阶段后氧化层厚度将保持不变;同时,随晶粒尺寸的减小TP347H的抗蒸气氧化性能提高。     

内壁喷丸处理对TP304H耐热钢锅炉管抗水蒸汽氧化性能的影响

将经表面喷丸处理和未处理的TP304H钢管安装于锅炉再热器的高温段运行7474h后,对内壁氧化膜进行形貌观察、能谱分析和X射线衍射分析。结果表明,喷丸处理可大幅度提高TP304H钢的抗水蒸汽氧化性能,氧化膜的生长速率显著降低且氧化膜的粘附性提高。显微分析表明,氧化膜由双层结构转变为单一高Cr氧化膜层,外层Fe的氧化层消失。分析认为喷丸在管子内壁产生的剧烈形变引起晶粒细化和马氏体相变,在高温下促进了Cr向表面扩散及生成富Cr的氧化层。     

Recent advances in understanding metal dusting: A review

Recent experimental investigations have widened the understanding of metal dusting significantly. Microscopic observations have been used to dissect dusting mechanisms. Iron dusts by growing a cementite surface scale, which catalyses graphite nucleation and growth. The resulting volume expansion leads to cementite disintegration. Cementite formation on iron can be suppressed by alloying with germanium. Nonetheless, dusting occurs via the direct growth of graphite into the metal, producing nanoparticles of ferrite. This process is faster, because carbon diffusion is more rapid in α‐Fe than in Fe₃C. Austenitic materials cannot form cementite, and dust via formation of graphite at external surfaces and interior grain boundaries. The coke deposit consists of carbon nanotubes with austenite particles at their tips, or graphite particles encapsulating austenite. TEM studies demonstrate the inward growth of graphite within the metal interior. It is therefore concluded that the dusting mechanism of austenitic materials like high alloy Cr–Ni steels and Ni base materials is one of graphite nucleation and growth within the near surface metal. In all alloys examined, both ferritic and austenitic, the principal mass transfer process is inward diffusion of carbon. Alloying iron with nickel leads to a transformation from one mechanism with carbide formation to the other without. Copper alloying in nickel and high nickel content stainless steels strongly suppresses graphite nucleation, as does also an intermetallic Ni–Sn phase, thereby reducing greatly the overall dusting rate. A surface layer of intermetallic Ni–Sn Fe‐base materials facilitates the formation of a Fe₃SnC surface scale which also prevents coking and metal dusting. Current understanding of the roles of temperature, gas composition and surface oxides on dusting rates are summarised. Finally, protection against metal dusting by coatings is discussed in terms of their effects on catalysis of carbon deposition, and on protective oxide formation.     

Comparison of Short-Term Oxidation Behavior of Model and Commercial Chromia-Forming Ferritic Stainless Steels in Dry and Wet Air

A high-purity Fe–20Cr and commercial type 430 ferritic stainless steel were exposed at 700 and 800?°C in dry air and air with 10% water vapor (wet air) and characterized by SEM, XRD, STEM, SIMS, and EPMA. The Fe–20Cr alloy formed a fast growing Fe-rich oxide scale at 700?°C in wet air after 24?h exposure, but formed a thin chromia scale at 700?°C in dry air and at 800?°C in both dry air and wet air. In contrast, thin spinel?+?chromia base scales with a discontinuous silica subscale were formed on 430 stainless steel under all conditions studied. Extensive void formation was observed at the alloy–oxide interface for the Fe–20Cr in both dry and wet conditions, but not for the 430 stainless steel. The Fe–20Cr alloy was found to exhibit a greater relative extent of subsurface Cr depletion than the 430 stainless steel, despite the former’s higher Cr content. Depletion of Cr in the Fe–20Cr after 24?h exposure was also greater at 700?°C than 800?°C. The relative differences in oxidation behavior are discussed in terms of the coarse alloy grain size of the high-purity Fe–20Cr material, and the effects of Mn, Si, and C on the oxide scale formed on the 430 stainless steel.     

硫脲对 304 不锈钢镀镍层抗腐蚀性能的影响

目的研究硫脲对电镀镍层形貌、晶型、晶粒尺寸以及抗腐蚀性能的影响。方法在添加和不添加硫脲两种条件下,对304不锈钢进行电镀镍。通过XRD和SEM对比镀层的晶相结构、晶粒尺寸和微观形貌,通过Tafel曲线和EIS电化学阻抗谱对比分析样品的抗腐蚀性能。结果添加硫脲前后,镍镀层的择优生长方向从200晶面转变为111晶面,晶粒平均尺寸从60.2 nm减小为20.7 nm。由于硫脲吸附在金属表面,阻滞了溶液中金属离子放电,从而提高了阴极极化作用;同时,硫脲分子吸附在晶体生长的活性点上,有效抑制了晶体生长;因此,镍晶粒得到细化。关于腐蚀性能,镀镍304不锈钢的耐腐蚀性能最好,其次是304不锈钢基体,最差的是含硫镀镍304不锈钢。结论硫脲能够改变镍镀层晶体的择优取向,并且细化晶粒。硫脲影响电镀镍层抗腐蚀性能的机理是:阴极吸附的硫脲通过电化学还原产生H2S,进一步与Ni2+反应生成Ni S,Ni S再与富集的Ni反应生成Ni3S2。随着电镀的进行,Ni3S2被更多地沉积在镍镀层的表面,降低了镍层表面钝化膜的致密性;而且,Ni3S2与镍层存在电势差,故易发生原电池腐蚀。此外,晶粒细化导致晶界和晶面的缺陷增加,也使得腐蚀加速。故镀液中加入硫脲,镀层的耐腐蚀性能大大降低。     

黄铜晶间腐蚀机理的实验及模拟研究

目的为了探究黄铜在含氨介质中的晶间腐蚀加速试验方法,明确黄铜中Zn含量对晶间腐蚀敏感性的影响规律和机理。方法采用电化学方法加速实现了黄铜表面的晶间腐蚀过程,利用XRD和金相显微镜分析腐蚀产物及表面形貌,对比分析H70和H80黄铜的晶间腐蚀规律。使用Materials Studio中的DMol3模块模拟NH4+和NH3在H70和H80黄铜晶界表面的吸附和反应过程,对比腐蚀粒子在黄铜表面的吸附规律和反应能垒,揭示黄铜晶间腐蚀敏感性的机理。结果试验结果表明,在NH4Cl溶液中,以100倍自腐蚀电流密度恒电流处理的黄铜,在4 h内能够发生明显的晶间腐蚀。黄铜晶间腐蚀的产物主要为铜氨络合物和锌氨络合物,H70黄铜的晶间腐蚀敏感性大于H80黄铜。模拟研究表明,NH4Cl溶液中的NH4+会优先在黄铜表面的晶界处发生物理吸附,随后NH4+跨越1.15 e V(H70)和1.17 e V(H80)反应能垒分解为NH3和H+,其中NH3优先吸附于晶界中偏析的Zn原子顶位形成络合物,其次与晶界的Cu形成络合物,H70晶界中的Zn含量更高,因此H70的晶间腐蚀敏感性更强。结论通过电化学恒电流处理法将黄铜的晶间腐蚀发生时间从7 d减少到4 h,并通过量子化学计算和腐蚀产物分析确定了黄铜在NH4Cl溶液中发生晶间腐蚀的机理。     

金属材料在模拟地热水环境中的腐蚀与结垢特性

目的地热水的腐蚀和结垢是地热资源开发利用的核心问题,研究几种常见金属材料在地热水中的腐蚀和结垢规律,为地热资源开发利用提供理论依据。方法通过扫描电子显微镜,X射线衍射仪、动态挂片试验、极化和交流阻抗测试等方法,对比研究紫铜、304不锈钢和20#碳钢在模拟地热水溶液中的腐蚀和结垢情况。结果 3种金属材料表面的结垢产物均为Ca CO3,20#碳钢表面的Ca CO3均为方解石相,304不锈钢和紫铜表面的Ca CO3包含方解石相和少量文石相,304不锈钢表面的Ca CO3分布较紫铜疏松,且含垢量较小。20#碳钢表面腐蚀产物的内层主要是黑色的Fe3O4,外层主要是黄色的Fe2O3;紫铜表面的腐蚀产物主要是铜的氧化物;304不锈钢表面无腐蚀产物。浸泡期间,304不锈钢未发生腐蚀且腐蚀电流密度最小;紫铜的整体耐蚀性能不及304不锈钢,但耐点蚀性能最佳;20#碳钢腐蚀严重,腐蚀电流密度较大。结论在模拟地热水溶液中,304不锈钢拥有比紫铜和20#碳钢更好的耐腐蚀性能和阻垢性能。     

Effects of cooling rate on the precipitation behavior of grain boundary carbide and corrosion resistance of 5Cr15MoV stainless steel

High-carbon and high-chromium alloy steels are prone to pitting and intergranular corrosion, which reduces corrosion resistance. The precipitation behavior of the carbides of high-carbon and high-chromium alloy steels is one of the main factors affecting pitting and intergranular corrosion of stainless steel. In this study, 5Cr15MoV stainless steel was heated to 1,200℃ and then cooled by cooling rates varying from 25 to 150°C/min. The precipitation behavior of grain boundary carbides of 5Cr15MoV steel at different cooling rates, and its effect on the corrosion resistance of materials was studied. The results show that the carbides of 5Cr15MoV steel mainly precipitate along the grain boundaries, which leads to the formation of chromium-depleted zones near the grain boundaries and reduces resistance to intergranular corrosion. It has been found that a higher cooling rate shortens the width of the Cr-depleted zone near the boundary from 0.871 to 0.569 μm, reduces the Cr-concentration gradient near the grain boundary from 36.422% to 12.667%, and suppresses the nucleus growth rate of grain boundary carbides. As the cooling rate increases, the corrosion current density decreases from 13.29 to 2.42 μA/cm². The corrosion rate is the lowest, while the cooling rate is 150°C/min. The corrosion rate decreases from 218.339 to 158.488 mm/a. The phenomenon of intergranular corrosion and pitting corrosion was found to be weakened; and thereby, it is shown that an intensive cooling rate can improve the corrosion resistance of 5Cr15MoV steel.