热处理气氛对Sol-Gel法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆膜层的影响

采用溶胶凝胶技术,以正丙醇锆为前驱体,在氢化锆表面制备氧化锆防氢渗透层。研究了当热处理温度为600℃时,不同热处理气氛对溶胶凝胶法制备的氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、物相组成以及阻氢性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、X射线衍射仪(XRD)和涡流测厚仪分别测试了氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、相结构及厚度。利用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,当热处理气氛中有氧存在时,可在氢化锆表面制得连续、致密的氧化锆膜层;而当热处理气氛中无氧存在时,所制备的氧化锆膜层不连续、均匀性差。热处理气氛中有氧时制备的氧化锆膜层的阻氢效果较无氧时要好,膜层厚度为10.1μm,渗透降低因子(PRF)值为8.4。而不同热处理气氛对氧化锆膜层的物相组成没有显著影响,膜层主要由单斜相氧化锆M-ZrO_2和四方相氧化锆TZrO_2组成,并以单斜相氧化锆M-ZrO_2为主。     

600℃下氢化锆表面原位氧化膜层氧化增重的计算

氢化锆是空间核反应堆常用的慢化剂材料.在使用过程中,常利用原位氧化法在氢化锆表面制备氧化膜阻止氢的损失.该氧化锆膜层是不断增长的,但对于一些特定条件下的膜层增长情况的研究还不全面.研究了在600℃下氢化锆表面原位氧化膜层的增长情况,利用气相色谱仪检测了实验气氛中CO和H2含量随时间变化的数据,用数学模型和Wagner模...     

硅酸盐体系负向电压对氢化锆表面微弧氧化膜的影响

采用WHD-30型双向交流脉冲电源对氢化锆表面进行微弧氧化处理,研究了负向电压对氢化锆表面微弧氧化膜的厚度、表面形貌、截面形貌、相结构及阻氢性能的影响。实验选取电解液体系为Na2SiO3-NaOH-Na2EDTA体系,正向电压为350V,电源频率为200Hz,氧化时间为20min;氢化锆表面微弧氧化膜的阻氢性能采用真空脱氢实验进行测试。研究结果表明:负向电压在120~160V范围内变化时,氢化锆表面微弧氧化膜的厚度在30~90μm范围内,氧化膜的厚度随着负向电压的升高而增大。氧化膜外部为疏松层,存在孔洞和裂纹缺陷,氧化膜内部为致密层,与基体结合紧密,无孔洞和裂纹缺陷。氧化膜相结构由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和四方相氧化锆(T-ZrO1.88)构成,并以单斜相氧化锆(M-ZrO2)为主。负向电压升高有利于增大氧化膜致密层的厚度,进而提高氧化膜的阻氢能力。当负向电压为160V时,氧化膜的阻氢能力最高,氢渗透降低因子(PRF,permeationreductionfactor)值达到10.4。     

磷酸盐体系正向电压对ZrH_(1.8)表面阻氢陶瓷层的影响

磷酸盐电解液体系下,以CeO_2作为电解液添加剂,采用恒压模式对氢化锆(ZrH_(1.8))表面进行微弧氧化(MAO)处理,研究正向电压对陶瓷层厚度、相结构、形貌,结合力以及阻氢渗透性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、涂层测厚仪、涂层划痕仪,分别分析了陶瓷层的表面和截面形貌、相结构、陶瓷层厚度以及膜层与基体的结合力,通过真空脱氢实验评价陶瓷层的阻氢性能。结果表明:随着正向电压的增加,氢化锆表面微弧氧化陶瓷层的厚度逐渐增加,当正向电压为375 V时陶瓷层的阻氢性能较好,氢渗透降低因子PRF值可达到14.2;正向电压的改变对陶瓷层的相结构没有明显影响,膜层主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)、四方相氧化锆(t-ZrO_2)和立方相氧化铈(c-CeO_2)组成,且以单斜相氧化锆(m-ZrO_2)为主。     

溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响

以正丙醇锆为前驱体,采用溶胶-凝胶法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆阻氢膜层,研究溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)对所制氧化锆阻氢膜层的表面形貌、截面形貌以及相结构进行分析;利用划痕仪考察膜层与基体的结合力,采用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,正丙醇为溶剂时,可制得均匀连续、致密的氧化锆膜层,且膜层与基体结合较紧密,膜层平均厚度超过10μm,阻氢效果较好,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值可达12.5;乙醇为溶剂时,所制膜层由单斜相氧化锆(M-ZrO_2)和四方相氧化锆(T-ZrO_2)组成,而异丙醇、正丙醇、正丁醇为溶剂时,所制氧化锆膜层由单一的四方相氧化锆(T-ZrO_2)构成。     

氧化气氛对氢化锆表面防氢渗透层的影响

通过恒温氧化实验研究了氢化锆在O2,CO2,CO2+P气氛中的氧化行为,分析了不同气氛下氢化锆表面形成氧化膜的生长速度、物相组成、表面形貌及其阻氢性能。结果表明,特定温度下氢化锆的氧化增重规律为O2>CO2>CO2+P。各氧化气氛下形成氧化膜的物相组成相同,主要由单斜相M-ZrO2和T-ZrO2组成。氢化锆在CO2+P气氛下形成的氧化膜具有较低的生长速度,氧化膜的阻氢效果较好。     

电解液体系对ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层的影响

采用恒压模式分别在Na2SiO3,Na5P3O10和Na5P3O10+H2O2电解液体系下对ZrH1.8表面进行微弧氧化(MAO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、膜层测厚仪测试了陶瓷层的表面形貌、截面形貌、相结构及陶瓷层厚度,通过真空脱氢实验评估了陶瓷层的阻氢性能。研究结果表明:采用微弧氧化技术在氢化锆表面可以制得厚度范围在35~60μm的微弧氧化陶瓷层。不同的电解液体系下在氢化锆表面得到的微弧氧化陶瓷层的厚度不同,Na2SiO3电解液体系下得到的陶瓷层最厚,Na5P3O10+H2O2电解液体系次之,Na5P3O10电解液体系最薄。氢化锆表面微弧氧化陶瓷层由致密层和疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,陶瓷层外层为疏松层。微弧氧化陶瓷层主要由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和少量的四方相氧化锆(T-ZrO2)构成;综合比较,在Na5P3O10+H2O2电解液体系下可以获得厚度适中,表面平整,致密性较好,阻氢性能优异的陶瓷层,陶瓷层的PRF值达到最大值12.1。     

Ce和Re对CoNiCrAlY合金1000℃氧化行为的影响

在热障涂层粘结层用CoNiCrAl Y合金中添加适量活性元素Ce和合金元素Re,1000℃空气气氛下进行恒温氧化,测试合金氧化动力学,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜/能谱(SEM/EDS)等手段观测氧化产物的物相组成和转变、氧化膜结构,进而比较添加适量活性元素Ce和合金元素Re对合金氧化行为的影响。结果表明,当前氧化条件下,合金氧化动力学可以划分为两个阶段:氧化初期,氧化速率较快;稳定氧化阶段,氧化产物由亚稳态θ-Al2O3转化成稳态α-Al2O3,氧化速率明显降低。CoNiCrAl Y合金表面形成了单一Al2O3膜,而CoNiCrAl YRe合金生成了富Cr氧化物外层+Al_2O_3内层双层氧化膜,并且在贫铝区形成了少量内氮化物。0.1%Ce(质量分数)的加入促进了Al的选择性氧化,加快了Al2O3的相转变,从而促进保护性α-Al2O3氧化膜的更快形成,使得CoNiCrAl Y合金稳定氧化阶段氧化速率常数由3.3×10~(-13)g~2·cm~(-4)·s~(-1)降低为1.5×10~(-13)g~2·cm~(-4)·s~(-1)。而且,Ce和Re元素共同存在时对合金抗氧化性能的改善效果更显著,CoNiCrAl YRe Ce合金表面形成了单一、连续、致密的Al_2O_3保护膜,Ce的加入使得含Re合金CoNiCrAl YRe的稳定氧化阶段氧化速率常数由2.8×10~(-13)g~2·cm~(-4)·s~(-1)降低为7.5×10~(-14)g~2·cm~(-4)·s~(-1)。     

pH值对溶胶凝胶法制备ZrH_(1.8)表面氧化膜的影响

采用溶胶凝胶技术,以氧氯化锆/乙醇/水为反应体系在氢化锆表面制备氧化锆膜层作为防氢渗透层,研究了溶胶pH值对氧化锆膜层的物相组成、截面形貌及阻氢性能的影响。利用涡流测厚仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析测试了氧化锆膜层的厚度、截面形貌及相结构。通过真空脱氢实验测试评估膜层的阻氢性能。结果表明,在选取的溶胶pH值为1~9范围内,膜层的厚度在7.6~14.8μm之间变化,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值在9.8~11.5之间变化,膜层厚度和膜层的氢渗透降低因子(PRF)值都随着pH值增大呈现出先增加后减小的变化趋势。当pH为5时,膜层厚度达到最大值14.8μm,膜层的PRF值达到11.5,膜层与基体结合紧密,膜层连续完整、致密均匀。pH值变化对膜层物相组成没有显著影响,膜层由单斜相M-ZrO1.8和四方相T-ZrO1.8组成,其中以单斜相M-ZrO1.8为主。     

氢化锆与O_2反应制备氢渗透阻挡层的研究

采用原位氧化的方法,通过氢化锆直接与O2反应在表面生成氧化膜作为氢渗透阻挡层。分析了氧化工艺参数对氧化膜生长速度的影响,并对氧化膜的物相组成、截面形貌和阻氢性能进行了研究。结果表明,温度是影响氧化膜生长速度的主要因素,氢化锆在450℃以下的温度范围内氧化,氧化膜生长速度很小,氧气分压对氧化膜生长速度无明显影响;在450℃以上,氧化膜生长速度随着氧气分压的增大和氧化温度的升高而增大;氧化膜的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线生长规律。氧化膜为双相复合结构,由单斜相M-ZrO2和四方相T-ZrO2组成。氢化锆原位氧化后经650℃真空脱氢50 h后样品失氢量低于0.2%。     

稀土Y对Ni-Fe-Co-Cu合金微观组织和高温氧化性能的影响

研究了稀土Y对45Ni-40Fe-8Co-7Cu合金微观组织和850℃高温氧化性能的影响。结果表明,45Ni-40Fe-8Co-7Cu合金在850℃,0.101 MPa氧分压下氧化形成以Fe_2O_3和(Ni/Co)Fe_2O_4为主的混合氧化物膜层,合金氧化遵循抛物线规律,抛物线速率常数为1.83×10~(-10)g~2·cm~(-4)·s~(-1)。添加稀土Y后,合金沿晶界析出稀土相,Y含量越高,晶界稀土相越多。添加稀土后的合金在850℃高温氧化过程中,氧化仍遵循抛物线规律,同时,晶界稀土相促进了Ni的外扩散,氧化形成的膜层以(NiCo)Fe_2O_4尖晶石氧化物为主。添加0.3%(质量分数)稀土Y的45Ni-40Fe-8Co-7Cu-0.3 Y合金850℃高温氧化形成的尖晶石结构的氧化物结晶颗粒细小,膜层致密完整,且合金抛物线氧化速率常数减小为1.15×10~(-10)g~2·cm~(-4)·s~(-1),说明添加少量(0.3%)稀土Y后,细化了氧化物结晶颗粒,提高了合金抗氧化性能。随着稀土Y添加量的进一步增加,合金高温氧化过程中,晶界稀土相不但促进了Ni的外扩散,同时加速了O的内扩散,合金抗氧化性能变差。     

磁控溅射法制备氧化铝/氧化锆双层复合涂层的氢渗透性能研究

采用射频反应磁控溅射法在316L不锈钢基底上沉积了Al2O3/ZrO2双层复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微划痕法分析了涂层的微观形貌、物相组成和膜基结合力,采用气相氢渗透装置对涂层的氢渗透行为进行了表征。结果表明,Al2O3/ZrO2涂层具有非晶氧化铝、氧化锆单斜相和四方相,涂层结构致密,呈柱状生长方式,厚度为320 nm。显微划痕结果表明,Al2O3/ZrO2涂层的膜基结合力为8.5 N,较氧化铝涂层有明显提高,氧化铝涂层的膜基结合力为4.5 N。此外,Al2O3/ZrO2涂层具有优异的阻氢渗透性能,其氢渗透阻挡因子在550~700℃温度范围内为206~950。Al2O3/ZrO2涂层的氢渗透激活能为132 k J·mol-1,高于单层氧化铝和氧化锆涂层的激活能,双层复合涂层的阻氢性能较单层涂层有明显提高。     

微观结构对MOCVD制备氧化铬涂层氢渗透性能的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在316L不锈钢表面分别制备了(110)择优取向和随机取向的氧化铬涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)分别对涂层的显微结构和相结构进行了表征。采用气相氘渗透方法对涂层的氢渗透性能进行测试。结果表明,择优取向的氧化铬涂层氢渗透率为P=4.58×10~(-6)exp(-112688/RT)(mol·m~(-1)·s~(-1)·Pa~(0.5)),而随机取向的氧化铬涂层氢渗透率为P=1.20×10~(-5)exp(-102057/RT)(mol·m~(-1)·s~(-1)·Pa~(0.5))。在873,923,973 K时,择优取向涂层的氢渗透阻挡因子(PRF)分别为38.2,21.1和13.1,而随机取向涂层的PRF仅为2.6,1.9和1.5。对涂层显微结构的分析表明,择优取向的氧化铬涂层晶粒规则排列,易于得到结构致密的涂层;而随机取向的涂层,晶粒排列杂乱无序,易在涂层中产生通孔等缺陷,使得涂层的氢渗透性能出现大幅降低。     

K2ZrF6含量对ZrH1.8表面微弧氧化阻氢膜层的影响

采用微弧氧化技术在ZrH_1.8表面制备阻氢膜层,研究在Na₅P₃O₁₀-NaOH-Na₂EDTA电解液体系中K₂ZrF₆含量对膜层组织结构和阻氢性能的影响。借助场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观结构和物相组成。采用涂层测厚仪对膜层的厚度进行测量,通过真空脱氢实验表征膜层的阻氢性能。相比未加入K₂ZrF₆时,电解液中添加适量K₂ZrF₆有助于改善膜层的表面质量,减少膜层中微孔和裂纹等缺陷的出现。XRD分析表明,不同K₂ZrF₆浓度时ZrH_1.8表面微弧氧化制备的膜层均主要由m-ZrO₂,t-ZrO₂和少量c-ZrO₂相组成。膜层厚度和氢渗透降低因子(PRF)随K₂ZrF₆浓度的增加均呈先增大后减小趋势,当K₂ZrF₆为4g·L^-1时,膜层的厚度最大为68.7μm,PRF最大为13.1,且膜层中大尺寸缺陷较少,添加K₂ZrF₆制备的陶瓷膜的阻氢性能均得到提高。K₂ZrF₆添加剂的加入可以使ZrH_1.8表面微弧氧化膜层的厚度增大,致密性增强,进而阻氢性能提高,膜层表面质量也得到改善。     

Crofer22 APU铁素体不锈钢的氧化行为研究

 Crofer22 APU铁素体不锈钢是固体燃料电池连接体的备选材料之一。通过增重法研究了Crofer22 APU铁素体不锈钢在800℃空气中的抗高温氧化动力学,并结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段,对氧化膜的形貌和组成进行了分析。结果发现,Crofer22 APU 铁素体不锈钢在800℃下 0~100h 的平均氧化速率为0.032g/（m2·h）;100~450h的平均氧化速率为0.0091g/（m2·h）;450~550h的平均氧化速率为50×10-4g/（m2·h）。氧化膜分为内外两层,内层主要是含SiO2的氧化物,外层主要是含Cr2O3的氧化物。     

定向凝固合金DZ466在涂 NaCl/Na2 SO4盐条件下热腐蚀行为

采用涂Na Cl/Na2SO4盐方法研究了DZ466合金在850℃和950℃条件下热腐蚀行为.结果表明:合金的腐蚀层包括三个区域,最外层为(Ni,Co)O氧化物层,次外层为尖晶石结构氧化层(Ni,Co)Cr2O4,内层为内腐蚀层,850℃时该层为Ni3S2,而950℃时除Ni3S2外,在靠近次外层还形成内氧化Al2O3;在850℃和950℃时合金的热腐蚀机制相同,氧化膜连续性的破坏,是合金遭受热腐蚀的主要原因;热腐蚀增重曲线均符合抛物线规律,其速率常数分别为3.1×10-11g2·cm-4·s-1和1.5×10-9g2·cm-4·s-1,热腐蚀激活能分别为179.2 k J·mol-1和138.3 k J·mol-1.     

多孔316L不锈钢管表面钯膜制备及性能表征

多孔载体支撑钯膜可广泛应用于氢气分离纯化领域。其中,多孔金属负载钯膜具有密封可靠、机械强度高等优点。但钯膜与多孔金属高温下易发生成分互扩散,导致其氢渗透性能降低。针对多孔金属负载钯膜高温稳定性差的问题,采用浆料涂敷法在多孔316L不锈钢管表面制备了氧化钛层作为扩散阻挡层。通过氢气高温烧结提高氧化钛层与多孔不锈钢载体间的结合强度。氧化钛修饰多孔不锈钢管的平均孔径为1.1μm。采用化学镀方法在氧化钛修饰多孔不锈钢管表面制备了钯膜。通过扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)和X射线衍射(XRD)表征了钯膜的结构、形貌和成分分布。多孔不锈钢管表面钯膜致密,厚度为5μm,为单一面心立方相。钯膜与氧化钛层结合紧密。对多孔不锈钢管表面钯膜进行了氢渗透性能测试,钯膜与多孔不锈钢载体未发生元素互扩散。在723 K,0.5 MPa压差条件下,钯膜的氢渗透率为1.58×10^-3mol·m^-2·s^-1·Pa^-0.5,氢氮选择系数为1700,氢渗透激活能为15.46 kJ·mol^-1。     

钛及钛合金热氧化行为研究

对TA2纯钛和TA18钛合金试样在500～850℃温度范围内进行热氧化处理,采用静态增重法研究氧化速率,并采用XRD分析表层氧化物物相,探讨合金元素对热氧化动力学的影响机理。结果表明,TA2纯钛和TA18钛合金氧化增重都随温度提高而增大,在相同的热氧化温度和时间下,TA18钛合金的单位面积氧化增重曲线比TA2纯钛的平缓,增重比TA2纯钛慢;TA18钛合金的抛物线速率常数比TA2纯钛小,即TAl8钛合金的抗氧化性比TA2纯钛更好。TA2纯钛在600℃和700℃氧化的抛物线速率常数分别为1．24774×10、6．75902×10-2mg2·cm-4·h-1;TA18钛合金在600℃和700℃氧化的抛物线速率常数分别为7．853×10、3．66128×10-2mg2·cm-4·h-1。TA18钛合金抗氧化性比TA2纯钛更好的原因是：TA18钛合金氧化层由TiO2和A12O3组成,TA2纯钛氧化层完全由TiO2组成,A12O3比TiO2更致密,具有更好的阻挡氧向内层渗透的作用。     

ZrCoRE吸气薄膜的膜层结构与性能研究

为了研究膜层结构对非蒸散型吸气薄膜性能的影响,运用射频磁控溅射法(RF magnetron sputtering)制备了ZrCoRE单层膜和双层膜,其中单层膜只含主体层,双层膜含有主体层和附着层。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射法(XRD)表征了薄膜的形貌和结构,利用ASTM F798-97"动态法"测试了薄膜的吸气性能。结果表明,ZrCoRE薄膜的主体层在较高沉积压强(4 Pa)下受到原子阴影效应与沉积原子低迁移率的作用而形成柱状组织,附着层在较低沉积压强下(0.2 Pa)由于沉积原子迁移率高而形成致密组织,附着层的存在使主体层柱状组织实现连续生长;主体层表面为20 nm的颗粒无序堆积态,形成了大量的表/界面缺陷;通过高频感应在300℃下激活30 min,在2.7×10-4Pa的H2压强下,薄膜的室温吸气速率在1～100 cm3·s-·1cm-2范围内变化;双层膜吸气速率是单层膜的10倍,3 h的吸气量达80 Pa·cm3·cm-2;吸气薄膜的大活性比表面积和高扩散速率,使其单位质量吸气量达104Pa·cm3·g-1量级以上,高于块体吸气剂的103Pa·cm3·g-1量级,附着层的存在提高了主体层的吸气性能。     

Mn对Hastelloy N合金700℃氧化行为的影响

采用增重法,研究了不同Mn含量的Hastelloy N合金在700℃/200 h内下的恒温氧化行为。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了不同Mn含量的Hastelloy N合金700℃氧化膜的氧化动力学、形貌、物相组成以及氧化层中元素分布情况。结果表明Hastelloy N合金在700℃氧化动力曲线符合抛物线规律,随着Mn含量的增加氧化增重逐渐减少,氧化膜厚度分别为17.0, 14.8, 12.9, 10.0μm。不同Mn含量的Hastelloy N合金在700℃下的平均氧化速率分别为0.054, 0.050, 0.048, 0.040 g·(m~2·h)~(-1),根据氧化等级评定, 4种合金均属于完全抗氧化等级。氧化层表面皆无明显剥落,氧化膜呈分层现象,其中外层为NiO, Fe_2O_3, NiFe_2O_4等复合氧化物,内层为Cr_2O_3, MoO_2, NiMn_2O_4等氧化物。Mn的添加使氧化膜外层与基体之间生成NiMn_2O_4尖晶石层,阻碍了O元素向内扩散以及金属元素的向外扩散,有效提高了Hastelloy N合金的抗氧化性能。