镍基合金表面电化学表面改性

分别在硼酸缓冲溶液(pH=8.4)和0.1mol/L H2SO4溶液中对镍基合金600和800进行电化学表面改性;对镍基合金表面氧化膜(改性前和改性后)进行动电位扫描、Mott-Schottky曲线测定以及利用光电流法绘制光电流谱。结果表明,镍基合金在酸性溶液中平带电位发生明显正移,载流子浓度升高,且在同样的电位范围呈现不同的半导体性质;电化学表面改性后,镍基合金生成的表面钝化膜平带电位没有发生明显变化,载流子浓度明显减小,表面钝化膜溶解的速度降低,耐蚀性能得到改善。     

原位拉曼光谱技术研究600合金和690合金在模拟压水堆工况下的腐蚀行为

介绍了一种可用于核电材料在模拟压水堆工况下腐蚀行为研究的原位表征技术。设计并制作了原位拉曼观察用高压釜,通过在样品表面电化学沉积金颗粒的方法实现拉曼信号的增强。采用拉曼光谱技术研究了600合金以及690合金在高温高压水环境中的氧化膜特征。结果表明:当极化电位从-0.85 V(SHE,下同)增加到-0.5V,600合金腐蚀氧化膜中的尖晶石含量显著增加,而690合金的氧化膜成分及含量均无明显变化。原位拉曼光谱技术可用于研究氧化膜随腐蚀时间的演变情况以及环境参数改变对氧化膜的影响等,具有可对比性强的特点,可以用来研究材料在模拟压水堆环境中的腐蚀行为。     

镍基合金Inconel617B在700℃超临界水环境中的氧化行为研究

开展了镍基合金 Inconel617B 在 700 ℃/25 MPa 超临界水环境氧化实验研究。利用电子天平、SEM、XRD、XPS 以及 AFM 对金属氧化动力学、氧化膜微观形貌、物相成分进行了分析。结果表明：700 ℃时镍基合金 Inconel617B 的氧化动力学介于抛物线和直线规律之间。氧化物主要为 NiO、NiCr₂O₄以及 Cr₂O₃,同时存在少量的Ni(OH)₂、CoO以及Ti O₂。随着氧化时间的增加,氧化膜物相发生变化。三维形貌观察表明,氧化膜的生长源于金属离子的向外扩散。     

表面增强拉曼光谱及其在化学中的应用

介绍了表面增强拉曼光谱的定义、实验方法、特性、增强机理和在化学中的应用.     

镍基合金管材高温高压H2S/CO2环境中局部腐蚀研究

冷加工强化的耐蚀合金管材成功用于酸性天然气气田已有多年的历史,但是,局部活化的点蚀坑以及蚀坑中的应力集中是冷加工强化的耐蚀合金应力腐蚀开裂的重要机制。在高温高压釜中模拟了镍基合金028在高温高压H2S/CO2环境下的腐蚀行为。结果发现,镍基合金028在高温高压H2S/CO2环境中的均匀腐蚀很轻微,但试样表面有点蚀现象发生,有析出物的试样点蚀更为显著。XPS结果显示,腐蚀后,硫元素只在镍基合金表面钝化膜的表层富集,钝化膜以氢氧化物及氧化物为主,对基体有保护作用。对点蚀坑截面的EDS分析结果表明,硫元素在点蚀坑内部富集,从而导致点蚀坑内局部酸化,加速点蚀坑的扩大。     

不锈钢及镍基合金在高温水中的腐蚀研究

为了开发超临界水氧化技术和超临界水电力技术,研究了五种不锈钢和一种镍基合金在192、292和392℃高温高压水中的耐腐蚀性。结果表明：在试验条件下,所有的合金都表现出某种程度的不稳定性,均匀腐蚀轻微,点蚀是主要的腐蚀形式。相比较而言,高合金不锈钢Sanicro28和镍基合金Ni825在该环境中表现出较好的耐蚀性。     

离子注入Y^＋对镍基合金渗铝层1100℃氧化膜生长应力的影响

利用氧化膜应力原位测量装置研究了离子注入１×１０＾１７，１×１０＾１６Ｙ＾＋／ｃｍ＾２对Ｎｉ－１５Ｃｒ－６Ａｌ合金渗铝层氧化膜恒温生长应力的影响。结果表明，离子注入上述二种剂量的Ｙ＾＋对合金渗铝层在１１００℃的氧化动力学没有显著影响，但降低了氧化膜的恒温生长应力。通过对实验结果进行分析，认为离子注入Ｙ＾＋降低Ａｌ２Ｏ３膜的生长应力，增强氧化膜的粘附性的原因在于改变了氧化膜的生长机制和促进了膜的塑性     

典型耐热镍基合金抗高温氧化行为研究

通过高温循环氧化实验,研究了3种镍基合金在1095和1150℃的高温抗氧化行为,并采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)研究了氧化膜表面形貌、氧化膜厚度及成分。结果表明:BSTMUF601合金的抗氧化性能优于Inconel601合金和Incoloy800H合金,Incoloy800H合金抗氧化性能最差。1095℃下合金的氧化动力学曲线呈抛物线规律,1150℃下Incoloy800H合金抗氧化性显著降低,试样氧化极为严重,温度低于1150℃时合金均体现出良好的抗高温氧化能力。BSTMUF601和Inconel601合金氧化后表面生成一层致密的氧化膜,经分析主要是Cr和Al的氧化物,且氧化膜外层以Cr的氧化物为主,氧化膜厚度接近50μm,Incoloy800H合金表面氧化层中以Fe的不同结构氧化产物为主。     

高温高压H2S／CO2G3镍基合金表面的XPS分析

采用XPS研究镍基合金UNS N06985(即 G3)在高压H2S/CO2环境腐蚀前后钝化膜的结构与组成.研究两种环境条件对G3钝化膜的影响,第一种环境为H2S分压3 MPa、CO2分压2 MPa、实验温度为130℃;第二种环境为H2S分压3.5 MPa、CO2分压3.5 MPa、实验温度为205℃.测试结果表明:腐蚀前和第一种环境条件下获得的钝化膜具有双层结构,钝化膜表层主要为氢氧化物,内层主要是Cr2O3和组成合金的各种金属组成;在第二种环境条件下获得的钝化膜可分为3层,外层主要是硫化物,过渡层含有较多的氧氧化物和金属硫化物,内层主要是氧化物和金属单质.随着环境条件的苛刻,镍基合金钝化膜的保护作用降低,腐蚀破坏程度加重.     

核电站蒸汽发生器传热管用Inconel合金在高温高压水中的腐蚀行为研究

研究了核电站蒸汽发生器传热管用合金材料在模拟压水堆一回路水环境中形成的腐蚀氧化膜,首次获得了原位振动光谱。Inconel 600合金的拉曼谱中存在3个峰,540 和610 cm^-1拉曼峰源自于表面生成的Cr₂O₃氧化膜,670 cm^-1峰对应于表面生成的FeCr₂O₄尖晶石产物,随着电位的增加,670 cm^-1峰的相对强度显著增强。Inconel 690合金的表面氧化膜由Cr₂O₃构成,不含NiO或尖晶石成份。Inconel 600合金发生应力腐蚀开裂 (SCC) 的敏感性与其表面氧化膜的变化存在关联性。Inconel 690合金尚未发现SCC现象,这与其表面生成的稳定的氧化膜有关。     

IN718镍基合金激光喷丸微观组织特性及其高温稳定性

为了研究激光喷丸对IN718镍基合金微观组织特性的影响及其在高温下的稳定性,首先在常温下对标准拉伸试样关键区域进行激光喷丸处理,随后将喷丸样置于700℃下保温300 min,作为对比,分别测试了未喷丸样、喷丸样和喷丸高温保持样的表层残余应力和纳米硬度,并采用光学电镜和透射电镜对其微观组织特征进行观测。结果表明,激光喷丸后试样的表层出现了高幅值的残余压应力,最高值出现在喷丸中心,约为-706 MPa;激光喷丸后试样的表层硬度显著提高,平均纳米硬度提高了约67.4%;高温保持后试样的残余应力和纳米硬度均有不同程度的降低,但与未喷丸试样相比,强化增益效果仍然存在;显微组织观察结果显示,激光喷丸后,试样深度方向上晶粒形态均出现了显著的"分层"现象,塑性变形层晶粒细化明显,其影响深度可达80μm;保温后喷丸样晶界处可见析出条状δ相;TEM图像进一步表明,激光喷丸诱导的晶粒细化是条状孪晶和位错组织混合交织的结果;保温后喷丸样晶界处发现了沿同一方向向晶内延伸的位错阵列,这很好地验证了位错在高温下的活性,且是激光喷丸抑制晶粒在高温下快速增长的直接证据。     

铜合金表面超音速微粒沉积镍基涂层的耐蚀性能研究

目的研究铜合金表面镍基合金涂层的耐腐蚀性能,解决铜合金表面腐蚀损伤问题。方法采用超音速微粒沉积技术在黄铜表面制备镍基合金涂层,通过电化学方法和中性盐雾实验对黄铜基体及镍基合金涂层的耐腐蚀性能进行测试。结果涂层的腐蚀电流密度较基体降低了34倍。涂层表面生成的连续且致密的氧化膜阻止了腐蚀的进一步发生,在盐雾腐蚀时间进行到500 h时,腐蚀速度接近于零,涂层腐蚀缓慢。结论超音速微粒沉积技术可以制备耐腐蚀性能优异的镍基合金涂层,并且可以显著提高黄铜的基体耐蚀性。     

扩散路径分析模型及其在镍基合金高温水氧化研究中的应用

针对Inconel 600和Inconel 690合金在高温高压水环境中生成的腐蚀氧化膜,提出了扩散路径分析模型,阐明了氧化膜微观结构及其形成机理。基于氧化膜成分、合金成分、以及环境因素,构建了Inconel 600及Inconel 690合金的Ni-Cr-H_2O三元相图。Inconel 600合金高温高压水腐蚀的扩散路径表明,其氧化膜由内层Cr_2O_3与外层FeCr_2O_4尖晶石构成。通过Inconel 690合金高温高压水腐蚀的扩散路径分析可知,氧化膜由单一的Cr_2O_3构成。扩散路径分析结果表明,在Inconel 600氧化膜中,O~(2-)比Cr~(3+)具有更高的扩散速率,而在Inconel 690氧化膜中,O~(2-)的迁移率较低,所受阻力较大,从而使得Inconel 600和Inconel 690合金氧化膜呈现出不同的微观结构。     

TiAl基合金表面Mo合金化试验研究

对TiAl基合金表面Mo合金化试验进行了研究,并对试验前后的TiAl进行了抗高温氧化性能测试。结果表明:TiAl表面Mo合金化后,在表面形成致密均匀的合金层,该合金层具有良好的抗高温氧化性能,能显著提高TiAl基合金的抗高温氧化能力。     

随机因素对镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的影响

镍基合金的应力腐蚀开裂是核电站一回路中最重要的潜在安全隐患之一,考虑物理参数的随机性,基于氧化膜破裂理论,研究了镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的分散性规律。为了提高随机参数数值分析的效率,结合MATLAB和ABAQUS子模型技术的优点,完成了MATLAB对ABAQUS 的二次开发,将有限元数值模拟和拉丁超立方抽样方法相结合,获得了弹性模量、屈服强度等随机参数对应力腐蚀裂尖氧化膜和基体金属区域应力应变的影响规律,并验证了方法的可行性。结果表明,随机性的影响不容忽略,屈服应力的随机性对裂尖应力的分散性影响最大,而弹性模量的随机性对裂尖塑性应变分散性的影响最为显著。     

TiNi合金表面TiO2薄膜的制备及光充电性能

采用热氧化方法在TiNi合金表面制备了TiO2薄膜，并考察了TiO2／TiNi电极在KOH溶液中的光电化学性能。结果表明，TiNi贮氢合金表面形成的TiO2薄膜为金红石型，结晶度随氧化温度升高逐渐增大；TiO2薄膜结构、光电流和界面阻抗之间存在良好的相关性，700℃制备的TiO2薄膜光响应电流最大，电极阻抗谱与镍氢电池体系合金负极阻抗特征相似，高频区半圆对应于吸附氢的形成，而低频区Warburg线性关系则反映了氢在电极中的固态扩散过程；在光照射下具有特殊的光充电贮氢性能，放电容量从暗态时的5mAh／g提高至光照时的15mAh／g，对光充电反应机理作了初步分析。     

镍基合金应力腐蚀裂尖氧化膜力学特性分析

裂纹尖端氧化膜形成与破裂是核电站压力容器高温水环境中镍基合金材料应力腐蚀开裂(SCC)的主要过程之一。由于应力腐蚀裂纹尖端形貌和扩展方式的特殊性,本研究利用ABAQUS有限元软件的子模型技术,在微观尺度下对由裂尖氧化膜和基体金属共同构成的应力腐蚀裂尖应力应变场进行了分析。结果表明,SCC裂尖氧化膜前端沟形裂纹的存在,会造成氧化膜中应力和应变的很大变化,且随着沟形裂纹的长度增加,这种变化越加明显;另一方面,与氧化膜中应力相比,塑性应变对裂尖形貌变化更加敏感,从一个侧面说明,裂尖塑性应变是研究SCC裂尖氧化膜形成与破裂比较理想的力学参量。