磁场辅助下ZrO2纳米颗粒质量浓度对镀层耐磨性能的影响研究

为了进一步延长45钢工件的耐磨性能,减少企业维修和更换45钢类零件的成本,在传统材料45钢表面,开展了稳恒磁场辅助的电喷镀试验研究,通过配制不同ZrO₂纳米颗粒质量浓度的镀液,制备了Ni-P-ZrO₂镀层,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、显微硬度检测仪和共聚焦显微镜等仪器对镀层表面形貌、Zr元素含量、显微硬度以及耐磨性能进行了分析。研究发现:ZrO₂纳米颗粒和稳恒磁场的加入改善了镀层表面形貌,提高了显微硬度和耐磨性能；当ZrO₂纳米颗粒质量浓度达到15 g/L时,ZrO₂纳米颗粒易出现团聚现象,不利于镀层表面性能的进一步提升。磁场辅助下,镀液中ZrO₂纳米颗粒质量浓度为10 g/L时,得到的镀层表面更加平整、显微硬度最高达到了739.30HV,且磨痕宽度、深度以及截面面积达到最小值,分别为367.617、5.673 μm和1 288.155 μm²,镀层耐磨性能最佳。     

预氧化对一种镍基单晶高温合金的热腐蚀影响

为了解预氧化对镍基单晶高温合金的短时热腐蚀影响,采用涂盐法研究了一种高温合金经预氧化后在Na₂SO₄-NaCl盐膜条件下的热腐蚀行为,测量了不同预氧化处理时间合金的腐蚀动力学曲线,借助扫描电子显微镜(SEM)观察了合金腐蚀层截面的微观组织,并利用X-射线衍射仪(XRD)确定相结构.结果表明：未经过预氧化处理的合金表面腐蚀严重,热腐蚀增重质量最多达到0.033 mg/cm²,其腐蚀动力学曲线遵循抛物线规律,而经过预氧化处理后合金表面腐蚀明显改善;合金在900 ℃下的热腐蚀符合硫化氧化模型,腐蚀产物出现了分层结构;合金的主要腐蚀产物是NiO、Al₂O₃以及少量NiCr₂O₄、TiO₂、NiS₂等, 其中Al₂O₃、TiO₂等氧化物位于氧化层最外层;预氧化生成的Al₂O₃层对高温合金在Na₂SO₄-NaCl盐膜下的短时热腐蚀有明显的保护作用,腐蚀层厚度从170 μm降低至80 μm.致密的氧化物保护层能够显著阻止硫元素的扩散,提高合金的耐热腐蚀性能.     

双向脉冲快速电沉积非晶态Ni-P/Al_2O_3复合镀层

采用双向脉冲电沉积法制备出高P非晶态Ni-P/Al_2O_3复合镀层,利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)方法考察镀层的微观形貌和化学组成,采用X射线衍射技术(XRD)表征镀层的相结构,并通过分析金属镀层和复合镀层的电化学测试结果,评价不同种类镀层的耐腐蚀能力。结果表明:与直流电沉积法相比,双向脉冲电沉积法可将镀层中的P含量提高至12.06%(质量分数),有利于非晶态Ni-P合金镀层的形成。采用双向脉冲法制备的Ni-P/Al_2O_3复合镀层比直流电沉积法制备的Ni-P/Al_2O_3复合镀层更平整、结晶更致密。脉冲电沉积法制备的非晶态Ni-P合金镀层具有更好的耐蚀性,而且复合微粒Al_2O_3的加入,对进一步提高非晶态Ni-P合金镀层的耐蚀性有积极作用。     

复合结构Ni-P 非晶态镀层在H2S/ CO2环境中的耐腐蚀性能

通过在同一镀液中改变温度、p H 值和施加电流完成化学镀和电镀过程, 在普通碳钢基体上得到电位差高于160 mV 的复合结构的非晶态Ni- P 合金镀层。采用SEM、电化学测试设备及专门的腐蚀环境试验箱, 研究了该复合镀层在H₂S/ CO₂ 腐蚀气氛中的耐腐蚀行为。结果表明: 所制备的复合结构Ni- P 非晶态镀层在H₂S/CO₂腐蚀环境中, 100 h 后镀层表面出现均匀的硫化物腐蚀膜, 300 h 后镀层表面出现腐蚀裂纹, 并沿着与基体表面平行的方向扩展、剥离, 在电镀层剥离处磷元素的相对含量增加。所制备的12μm 厚的复合叠加结构Ni- P 非晶态镀层的耐腐蚀性能优于25μm 厚的普通化学Ni-P 非晶态合金镀层。      

脉冲电沉积Ni-P/纳米Al2O3复合镀层的性能

Ni-P/纳米Al2O3复合镀层具有良好的耐磨、耐腐蚀性能,但有关脉冲电沉积Ni-P/纳米Al2O3复合镀层的报道较少.采用脉冲电沉积方法制备了Ni-P/纳米Al2O3复合镀层,研究了复合镀层的表面形貌、结构及其在5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能,并对300,400,500℃热处理后的复合镀层的显微硬度进行了测试.结果表明:Ni-P/纳米Al2O3复合镀层的耐蚀性优于1Cr18Ni9Ti不锈钢,但比Ni-P合金镀层差;随镀液中纳米Al2O3浓度增大,复合镀层的显微硬度提高,镀液中纳米Al2O3浓度为25.0 g/L时制得的复合镀层的硬度为685.5 HV;Ni-P/纳米Al2O3复合镀层经400℃热处理后硬度最高.     

热浸镀与微弧氧化复合处理20钢的表面性能

为提高舰船发动机排气管用20钢基材耐腐蚀等表面性能,采用热浸镀铝与微弧氧化技术复合处理形成铝-陶瓷复合层,采用显微硬度计、扫描电镜、多功能材料表面性能测试仪、电化学工作站等表征复合层显微硬度、耐磨、耐腐蚀和抗热震等表面性能。结果表明:复合层至基体间结构层硬度分布呈硬-软-硬-软的间断区域性分布特点;铝-陶瓷复合层的耐磨性优于铝镀层和20钢基体;与20钢基体相比,铝镀层和复合陶瓷层的全浸泡腐蚀失重值下降,腐蚀反应极化电阻增加,腐蚀电压增大,腐蚀电流密度减小,尤其是复合陶瓷层的耐腐蚀性显著提高,耐盐雾能力达1 000 h;陶瓷复合层在600℃下热震次数可达130次,层间界面结合紧密。     

前处理对不锈钢表面化学镀Ni-P镀层结合力影响的研究

为了在不锈钢表面获得结合力合格的化学镀Ni-P镀层,研究了化学活化、化学活化 闪镀镍、阳极活化 闪镀镍3种前处理工艺对不锈钢上化学镀Ni-P层结合力的影响.采用淬冷法和划痕试验2种镀层结合力测试方法,对化学镀Ni-P层与不锈钢基体之间的结合力进行了评价.结果表明,采用化学活化 闪镀镍和阳极活化 闪镀镍的前处理工艺,Ni-P镀层与不锈钢基体之间的结合强度合格,而采用化学活化前处理的试样,Ni-P镀层与不锈钢基体之间结合强度不合格,原因在于经化学活化后,在不锈钢表面形成了一层黑灰色的腐蚀产物.在168 h的NaCl溶液中腐蚀失重试验表明,不锈钢失重1.2 mg,而化学镀Ni-P镀层未发现失重,说明化学镀Ni-P镀层耐腐蚀失重性能较不锈钢为好.     

红壤土浸出液中SO42-对铜包钢耐蚀性能的影响研究

本文采用扫描电镜/能谱分析(SEM-EDS)、动电位极化、电化学阻抗谱技术研究了铜包钢接地材料受SO₄^2-浓度影响的腐蚀行为.研究结果表明在含有不同浓度的SO₄^2-的红壤土浸出液浸泡20 d,铜包钢都已出现点蚀现象.随着SO₄^2-浓度从0.05~0.2 mol/L逐渐增加,铜包钢腐蚀程度呈现先增后减弱的趋势,在0.05 mol/L的SO₄^2-浸出液中浸泡20天腐蚀最为严重,已腐蚀至内层钢.由于0.05 mol/L的SO₄^2-浸出液中腐蚀后的铜包钢表面已被较多的不导电的腐蚀产物覆盖,因此实验结果显示其阻抗值最大和腐蚀速率最慢.     

单层和三层结构的PVDF基复合材料介电与储能特性

通过水热合成法制备CaCu₃Ti₄O₁₂球型颗粒填料,以PVDF为基底,采用溶液逐层涂覆法制备单层和三层结构的PVDF基复合材料。利用X-射线衍射仪和扫描电镜表征材料的微观组织结构,LRC测试仪和铁电综合测试工作站测试其电学性能,研究低填充浓度和多层结构对PVDF基复合材料微观结构、介电特性、极化强度、耐电压特性和储能特性的影响规律。结果表明,CaCu₃Ti₄O₁₂填料的尺寸约为200 nm,增加其填充浓度,可以提高单层PVDF/CaCu₃Ti₄O₁₂复合材料的介电特性与极化强度；在3.0vol.%填充量下,复合材料达到最大的介电常数13.2、介电损耗0.074和电位移极化强度4.04 μC/cm²；而在0.5vol.%的超低填充量下,复合材料达到最大的释放能量密度3.51 J/cm³。三层结构的PVDF基复合材料体系中,在上下层复合材料的高介电极化特性与中间层材料的击穿阻挡特性的协同作用下,获得了综合储能特性优化的PVDF基复合材料,使其在300 kV/mm的低电场强度下,达到最高的释放能量密度4.36 J/cm³。     

Ni-ZrO_2-CeO_2二元纳米复合镀层摩擦磨损及耐蚀性研究

利用超声-脉冲电沉积法在45钢基体上制备了纯Ni镀层、Ni-ZrO_2纳米复合镀层和Ni-ZrO_2-CeO_2纳米复合镀层,对比研究了3种镀层的表面形貌、显微硬度、摩擦磨损及耐蚀性能。结果表明与纯Ni镀层、Ni-ZrO_2纳米复合镀层相比,Ni-ZrO_2-CeO_2纳米复合镀层表面最光滑且晶粒最细小,表面显微硬度最高为494.18 Hv0.1;在施加载荷50N、转速300r/min、磨擦时间3min的磨损条件下磨损量最小为2.6mg且摩擦系数最小为0.285;在常温3.5%NaCl溶液腐蚀条件下腐蚀速率最低为0.060383mm/year,表面腐蚀特征不明显。镀层中共沉积的纳米ZrO_2、CeO_2颗粒充分发挥了二元纳米粒子协同生长的优势,使得镀层金属晶粒更加细化,表面更加平滑光整,镀层的耐腐蚀性能得到提高。     

碳对镍基高温合金AM3热腐蚀性能的影响

为了更充分地了解碳对镍基高温合金热腐蚀性能的影响,提高合金的耐热腐蚀性能,本文研究了不同碳含量镍基高温合金AM3在850℃条件下,经75%Na2SO4+25%NaCl饱和混合盐溶液热腐蚀5 h的行为。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法分析了合金热腐蚀后的组织形貌和腐蚀产物。研究表明,腐蚀5 h过程中,碳含量(质量分数)为0、0.045%、0.15%的合金持续增重,碳含量为0.085%的合金在2~4 h发生氧化膜与盐膜的碱性熔融,有失重现象存在。合金加入碳后,促使合金表层腐蚀层变薄且与基体结合力变好。含碳的镍基高温合金腐蚀层产物以氧化物为主,主要有NiO、TiO2、Al2O3、Cr2O3。碳含量(质量分数)为0.085%、0.15%的合金由于腐蚀层氧化物较薄,可检测到Al4CrNi15、Ni3Al相的存在。综合分析发现碳含量为0.085%时,合金耐热腐蚀性能达到最优。     

CaF2对CAMS系矿渣微晶玻璃析晶特性及抗腐蚀性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿、高炉渣和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制得不同CaF_2含量的CaOAl_2O_3-MgO-SiO_2(CAMS)系微晶玻璃,利用DSC、XRD、SEM、EDS等测试手段,研究了CaF_2对微晶玻璃析晶行为、显微结构及抗盐酸腐蚀性能的影响。结果表明:氟化钙添加量由2%增加至8%(质量分数),基础玻璃的析晶温度降低,析晶活化能由416.28kJ/mol降为309.02kJ/mol,但微晶玻璃的主晶相仍为透辉石相。氟化钙的添加在一定程度上降低了微晶玻璃的抗盐酸腐蚀性能,当氟化钙添加量为2%时,微晶玻璃经盐酸溶液浸泡21d,腐蚀层厚度为240μm;随着CaF_2添加量继续增大,微晶玻璃抗盐酸腐蚀性能急剧下降,当氟化钙添加量为8%时,盐酸腐蚀21d后,腐蚀层厚度为743μm。     

Austenitizing treatment influence on the electrochemical corrosion behavior of 0.3C-14Cr-3Mo martensitic stainless steel

Effects of austenitizing treatment temperatures on aqueous corrosion properties of martensitic stainless steels were investigated by electrochemical tests (potentiodynamic test, potentiostatic test and electrochemical impedance spectroscopy), and surface analyses (optical microscopy and XRD). The results of potentiodynamic test revealed that the breakdown potential increased with the increased austenitizing temperature, indicating increased relative resistance to initiation of localized corrosion. EIS measurements showed that MSS3 (1030 °C) exhibits larger polarization resistance value than MSS1 (970 °C) and MSS2 (1000 °C) at passive and breakdown states. This was caused by decreasing the amount of Cr-rich M₂₃C₆ carbide which acts as preferential sites for pitting corrosion.     

氧气流量对超音速火焰喷涂TiB2-40Co涂层组织和性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在不同氧气流量条件下制备3种TiB2-40Co涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪研究了涂层的组织和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度,通过水淬法测试涂层的抗热震性能,并研究涂层的耐熔融铝硅腐蚀性能.结果表明,3种TiB2-40Co涂层具有叠层状结构,No.1涂层最为致密,其孔隙率仅为0.286%;涂层的主要物相为TiB2和Co;显微硬度值分别为697±60 HV0.3、523±86 HV0.3和648±38 HV0.3;No.1涂层具有最好的抗热震性能;经过120 h熔融铝硅腐蚀后发现,3种涂层均具有良好的抗熔融铝硅腐蚀性能,其中No.1涂层试样耐腐蚀性能最好.     

镍钛合金在尿素溶液中水热合成纳米结构二氧化钛薄膜

采用尿素溶液对生物医用镍钛合金进行水热法表面改性,随后进行热处理。SEM、XRD和XPS分析表明,105℃、120℃水热处理24h和150℃处理8h后形成了钛酸铵的纳米片薄膜,150℃水热处理16h、24h后形成了由纳米颗粒和颗粒状沉积物组成的锐钛矿二氧化钛薄膜;随后的热处理使铵盐分解和二氧化钛结晶。在0.9%NaCl溶液中的动电位极化实验表明,水热处理试样的耐蚀性比抛光试样更好。刚制备的试样亲水性很好,但在空气中放置时,水的接触角升高,而3h紫外光照处理后接触角可降低到10°以下。拉伸实验表明,在150℃水热处理16h、24h和热处理制备的镍钛基体上的二氧化钛薄膜具有较好的附着性。     

Breakdown of the protective oxide on 11 % Cr steel at high temperature in the presence of water vapor and oxygen,the influence of chromium vaporization

Abstract

We report on the effect of water vapor and oxygen on the oxidation of a ferritic/martensitic 11 % Cr steel (CrMoV11 1). The influence of pH₂O, exposure time, gas velocity and temperature was investigated. The samples were exposed to dry O₂, O₂+10 or 40 % H₂O for up to 336 hours. Total pressure was 1 atm (1.02 × 10⁵ Pa). The gas velocity was between 0.05 and 10 cm/s while temperature was in the range 450–700°C. The samples are investigated by thermogravimetry, GI-XRD, SEM/EDX, GDOES, FIB and TEM/EDX. Oxidation is strongly affected by the vaporization of CrO₂(OH)₂ in H₂O/O₂ environment. The mechanism of vaporization of CrO₂(OH)₂ from a Cr₂O₃ surface is modelled by DFT calculations. In the absence of chromium vaporization the alloy forms a protective oxide consisting of a corundum-type solid solution (Fe_1–xCr_x)₂O₃. The vaporization of chromium tends to deplete the oxide in chromium. In some cases the oxide remains protective in spite of chromium depletion while in other cases there is a transition to breakaway oxidation. In the latter case a thick layered scale forms, consisting of an outer hematite part and an inner iron-chromium spinel. Oxidation behavior in an O₂+H₂O environment is to a large extent determined by the ability of the metallic substrate to supply the oxide with chromium by diffusion in order to compensate for the losses by vaporization. The corrosivity of the environment increases with the concentration of water vapor and oxygen, with the gas velocity and with temperature.     

Laboratory testing to evaluate candidate alloys for superheaters in waste-fired boilers

Two types of laboratory tests were used to evaluate the behaviour of a wide range of steels in chlorinating–sulphidising conditions: high temperature exposure after applying salt by dipping in an aqueous KCl/ZnCl₂ solution and salt-bed test in a ZnCl₂/NaCl/KCl/CaSO₄ salt mixture. The exposures were performed at 500 °C in a gas comprising N₂/HCl/SO₂/O₂/N₂. For the alloy group with 20–30 wt-% chromium and 25–65 wt-% nickel, the extrapolated metal loss was below 0.2 mm/year in the salt dip, up to 6 mm/year in the salt-bed test with 10% Cl and up to 20 mm/year in the 20% Cl salt-bed test. The intermediate alloy group showed poorer performance in the salt-bed; Esshete1250 showed also large spallation in the salt dip test. Results were compared with plant-exposed samples. Further refinement of the salt dip test is suggested for material ranking in the superheater region of a waste or biomass-fired incinerator.     

The influence of the environment and corrosion on the structural integrity of aircraft materials

Fatigue results of 1¹/₂ dog-bone jointed specimens manufactured from 7075-T6 aluminium alloy indicated that the application of corrosion preventative compounds (CPCs) at the faying surfaces slightly decreased the log mean fatigue life at 144 MPa, while the effect was not statistically significant at the higher stress level (210 MPa). The addition of the CPC also reduced fretting corrosion at the faying surfaces and shifted the fatigue initiation sites closer to the edge of fastener holes. Scatter in fatigue life was found to be associated with the location and size of the intermetallics at the initiation site. The presence of corrosion in the bores of the countersunk fastener holes reduced the fatigue life by up to one order of magnitude. Fatigue test results for dog-bone specimens manufactured from 7075-T651 and 2024-T351 aluminium alloys indicated that the presence of exfoliation corrosion reduced the fatigue life under dry conditions, with a greater reduction under humid conditions. The application of a CPC to the corroded region eliminated the influence humidity had on fatigue life.     

CO2分压对20#钢在CO2/H2O气液两相塞状流中腐蚀行为的影响

利用失重法、SEM、EDS、XRD和XPS等分析方法在自主设计的动态腐蚀实验装置上研究了CO_2分压对20#钢在CO_2/H_2O气液两相塞状流中腐蚀行为的影响,对腐蚀试样进行了腐蚀速率分析、腐蚀形貌特征观察以及腐蚀产物成分与膜层结构特征分析。结果表明:随CO_2分压的增加腐蚀速率增加,0.04 MPa、0.28 MPa下分别达到腐蚀速率最小值(1.160 9 mm/a)和最大值(1.898 8mm/a);上管壁腐蚀产物随着CO_2分压的增加最终形成颗粒较大的节瘤状产物,下管壁腐蚀产物由球形颗粒形成初始致密的单层膜逐渐转变为由致密的内层膜和具有网状连通裂纹的片状疏松外层膜构成;经EDS元素分析可知上下壁面的腐蚀产物均由Fe、C、O三种元素构成,XPS分峰图谱显示C 1s、O 1s和Fe 2p均出现了三个拟合峰位,结合XRD分析可知腐蚀产物的主要组成相有Fe_3C、FeCO_3、Fe_2O_3、Fe_3O_4、FeOOH。