和传统合金材料相比,高熵合金具有更优异的耐腐蚀、高温耐磨损以及综合力学性能等,在一些苛刻环境下具有极大的潜在应用价值,因此受到了越来越多的关注。本文聚焦于高熵合金的耐蚀性能。首先,重点讨论了常用的合金元素对BCC、FCC、BCC + FCC和HCP晶体结构的高熵合金在NaCl、酸性溶液介质中耐蚀性能的影响规律。其次,简要说明了金属元素之间的相互作用对高熵合金耐蚀性能产生的影响。讨论了晶粒尺寸、位错密度和晶体结构等微观特征对高熵合金耐蚀性的影响规律,增大晶粒尺寸或减少位错密度,有助于提高其耐蚀性。最后,总结了几种改善高熵合金耐蚀性能的方法,如热处理、阳极处理和添加缓蚀剂等技术,并对高熵合金未来的发展提出了建议和展望。
热障涂层是航空发动机和地面燃气轮机提升工作效率、延长服役寿命的关键技术和重要手段。粘结层作为热障涂层系统中的重要组成部分,一方面可缓解陶瓷层和高温合金基体间的热不匹配应力,提高热障涂层系统热稳定性;另一方面,高温下通过生长一层致密且连续的Al2O3层,保护合金基体免受氧化和腐蚀。因此,粘结层性能直接决定了热障涂层系统的服役寿命。本文系统总结了传统粘结层材料、制备方法及其优缺点等方面的研究进展,同时介绍了新型高熵合金粘结层体系,重点关注其成分设计、结构及抗氧化性能等方面的研究现状及不足。最后,对粘结层材料的研究方向进行了展望。
本文综述了镁合金在海洋大气环境、海水浸没环境和滨海滩涂环境下的腐蚀规律与腐蚀机理,分析了环境因素对镁合金腐蚀行为的影响;并根据镁合金在海洋环境下的使用情况,简要介绍了如何提高镁合金的耐蚀性能和使用寿命。本文旨在为镁合金在海洋环境下的应用和防护提供参考。
镁合金是最轻的工程结构材料,其溶解特性、腐蚀机理以及防护措施等方面已被广泛研究,而镁合金腐蚀测试方法和技术则是这些研究的重要基础。由于镁合金的溶解过程存在负差数效应,导致其测试技术和分析方法与其他金属存在差异。本文综述了国内外关于镁合金腐蚀测试方法与技术的研究进展,介绍了镁合金测试的通用技术与特色技术,分析了各种测试技术的适用条件和应用案例,重点对比了腐蚀速率测试方法,期望为镁合金腐蚀测试方法与技术的选择提供支撑,避免因不当测试带来的错误分析和结论。
通过开路电位、电化学阻抗谱、动电位极化曲线等电化学测试,结合附着力测试、水接触角测试及宏/微观形貌表征等手段,详细对比研究了一种新型单组分氟碳改性环氧涂层对10#钢和LY12铝合金两种不同金属基体的长期防腐蚀性能。结果表明,通过在3.5%NaCl溶液中长期浸泡3500 h的测试,改性环氧涂层对LY12铝合金的防腐性能优于10#钢。改性环氧涂层在10#钢基体表面的失效分为4个阶段,而在LY12铝合金基体表面则分为3个阶段,且失效历程有所不同,涂层/金属界面的腐蚀是决定涂层是否快速失效的关键。铝合金上低的涂层附着力、高的水接触角以及碳钢基体上高的涂层附着力、低的水接触角是造成涂层具有不同失效历程的主要原因。
综述了目前青铜器腐蚀行为和封护技术领域的主要研究成果,总结了青铜器的腐蚀机理,概述了成分组成、结构内部因素和Cl-、湿度、温度等外部环境因素对青铜器腐蚀行为的影响,分析了现有的青铜器病害诊断和等级划分方法,归纳了已有的青铜器临时封护和长期封护技术。最后,本文对青铜器腐蚀与封护的未来发展趋势进行了展望,希望通过构建环境-青铜器-病害-封护技术全方位标准数据库,以指导和推动青铜器腐蚀与封护技术的发展。
认识金属中氢与位错之间的交互作用是理解氢脆微观机制的关键。本文介绍了氢促进局部塑性变形理论(HELP)的提出、内涵与研究进展,并进行述评。针对HELP机制的主要现存问题,给出了一种氢与位错交互作用研究的新范式,并作出展望。
针对油气田异种金属焊接接头硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)行为,概述了焊接接头的种类及微观组织结构,并讨论了异种金属焊接接头的SSCC机理,重点综述了微观组织结构、温度、CO2、应力及焊后热处理等因素对异种金属焊接接头SSCC的影响规律,最后对油气田异种金属焊接接头SSCC的未来研究方向提出了建议与展望。
热障涂层是航空发动机及燃气轮机热端部件的关键热防护技术。随着热障涂层技术的发展,发动机的工作温度大幅提升,燃油效率和推重比显著提高,但热障涂层却面临日趋严重的高温腐蚀问题,包括环境沉积物(主要成分为CaO,MgO,Al2O3和SiO2,简称CMAS)腐蚀、熔盐腐蚀以及CMAS和熔盐的耦合腐蚀,它们会导致热障涂层过早失效,严重威胁航空发动机和燃气轮机的安全运行。本文综述了CMAS、熔盐、CMAS+熔盐等腐蚀问题的产生和腐蚀机理,重点从新型抗腐蚀热障涂层材料开发、涂层结构设计两方面总结了国内外在抗高温腐蚀热障涂层方面的研究进展。通过全面梳理高温下热障涂层的腐蚀问题及防护方法,展望了未来抗高温腐蚀长寿命热障涂层的研究方向。
聚合物涂层具有成本低廉、易于制备、使用方便、种类丰富等优点,被广泛用于运输和基础设施等领域金属材料表面的防腐防污。其中,聚氨酯(PU)是一种具有良好机械性能、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性等优异性能的聚合物材料。然而传统PU涂层的耐水性不佳,严重影响其在潮湿环境下的稳定性和使用寿命,因此对PU涂层进行疏水改性以增强其耐水性成为了具有广泛应用前景的研究方向。本文总结了用于PU涂层疏水改性的方法和研究进展,并对其进一步的应用前景进行了展望。
概述了飞机起落架用超高强钢的发展历程,简要介绍了超高强钢应力腐蚀开裂机理和模型,总结了各种应力腐蚀开裂研究手段和氢表征方法及其特点,重点论述了合金成分、微观组织结构、应力和环境等因素对超高强钢应力腐蚀开裂的影响。最后,对该领域今后的研究重点提出了建议。
介绍了微通道换热器中存在的腐蚀问题,概述了包括冷却剂、合金相间电位差、大气污染物等腐蚀诱因和机理,并总结了缓蚀剂添加和基材表面处理等腐蚀控制手段;阐述了诸如化学镀、阳极氧化、化学转化、溶胶-凝胶处理等3003铝合金基材的表面防护技术,为耐蚀铝合金微通道换热器的开发和生产提供参考。
针对CCUS技术流程中提高CO2采收率及CO2封存等过程中易导致事故发生的CO2注入井金属管材腐蚀失效问题进行了概述,针对该环境下事故率较高的应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀和微生物腐蚀等方面的研究进展进行了梳理与概括,也对CO2注入井金属管材腐蚀失效主要的影响因素及防腐手段进行了分析与总结,并展望了该领域未来重点开展研究工作的主要方向。
当前全球低碳绿色发展已刻不容缓,氢能作为零碳能源呼声高涨。氢储运环节是产业链中极其重要的一环,而管道输氢最为经济高效,但管线钢处于直接氢气环境中,面临的氢损伤问题再度成为学界热门。文章重点综述了氢分子在钢表面转化为氢原子的吸附渗入过程和氢脆微观机理的最新研究进展;总结了管线钢强度、微观组织、氢陷阱等材料性质和氢气分压、温度、载荷等外部环境因素与氢损伤之间的关系,进一步归纳了预防和抑制管线钢氢脆行为的方法,最后对管线钢氢损伤研究过程中当前面临的难题提出了具体建议。
围绕锌负极在中性电解质中腐蚀产生枝晶、钝化、析氢等关键问题,综述了锌负极缓蚀剂防护方法的研究进展,旨在从溶剂化结构调控、静电屏蔽、吸附作用、原位固态电解质界面4种防护机理,揭示不同类型缓蚀剂的性能、稳定性及实际应用的可行性,进而为锌负极保护提供依据,展望缓蚀剂防护方法未来的发展方向。
针对电沉积SiO2涂层在高温氧化过程中易产生裂纹的问题,在SiO2涂层表面磁控溅射Zr沉积层来进行改善。研究表明,Zr沉积层氧化为ZrO2填补了SiO2涂层在烧结时产生的裂纹和孔洞等缺陷,并为SiO2涂层与合金基体的热膨胀系数失配提供了缓冲。此外,氧化过程中形成的ZrO2-SiO2骨架结构提高了涂层结构的稳定性。总体上,Zr-SiO2复合涂层在氧化初期显著抑制了氧向合金基体的扩散以及合金基体元素的外扩散,提高了合金的抗高温氧化性能,经氧化后复合涂层表面的氧化物颗粒明显减少,且氧化膜未出现明显生长。此外,在900℃下经过100 h的恒温氧化后,由于元素互扩散,涂层与基体界面形成了(Ti, Nb)O2/Ti5Si3 + Al2O3 + Nb3Al/TiN三层扩散层结构,提高了涂层与基体的结合力。
作为碳家族中新兴的零维纳米新成员,碳点 (CDs) 具有吸附能力强、毒性低、溶解性高、且表面官能团丰富等优点,引起了腐蚀防护领域研究人员的关注。本文系统阐述了碳点用作水相缓蚀剂及涂层填料方面的研究进展。介绍了不同杂原子掺杂CDs (氮掺杂,铈、氮共掺杂以及氮、硫共掺杂CDs) 对不同金属的缓蚀效果,并对缓蚀机理进行了讨论;总结了碳点作为溶剂型和水性涂层填料取得的研究成果和防腐机理。最后,概述了CDs在防腐领域所面临的挑战。
以选区激光熔化(SLM)制备的Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金(MEA)为对象,重点研究了打印态和经不同时效温度处理的MEA在1 mol/L NaOH溶液中的耐腐蚀性能,分析了微观组织对腐蚀行为的影响。结果表明,SLM-MEA经过300℃时效后,晶界处的富Cu相优先被溶解,从而抑制了活性部位溶解,提高了耐腐蚀性能。对比打印态,300℃时效态的腐蚀电流下降了37.37%,极化电阻提高了2倍。随着时效温度升高,富Cu析出相的位置沿晶界处向胞状亚晶内部转移。富Cr碳化物随着温度升高发生粗化,削弱了钝化膜的保护能力。此外,300℃时效态中富Cu析出相的溶解,提高了钝化膜中Cr + Ni/Fe + Mn阳离子比,其值为打印态的1.2倍,促进更致密连续的钝化膜形成。
电化学阻抗谱(EIS)是研究金属材料及其涂覆体系腐蚀电化学行为与失效机理的最重要的方法之一。随着腐蚀电化学理论、数值计算以及相应拟合软件的发展,EIS数据解析得到了很大发展。通过数据拟合与解析可得到表征钝化膜厚度、钝化膜电阻率分布、涂层电阻率分布等关键参数。当钝化膜破裂后,通过动力学模型推导Faraday阻抗ZF的表达式,可以解析各个电极反应的速度常数、扩散层厚度等参数。本文以钝态金属及其有机涂覆体系为案例,综述了电化学等效电路模型(ECM)、点缺陷模型(PDM)、电化学动力学模型、幂律模型(PLM)、Young模型在解析氧化膜性质、涂层性能和电极过程动力学参数中的应用,并讨论了每种方法的优缺点,最后指明了EIS数据解析与物理模型的发展趋势。
采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱以及Mott-Schottky曲线等电化学测试方法研究了2205不锈钢管路材料在流动海水中的耐点蚀性能,并对测试后的试样进行了腐蚀形貌观察。结果表明,抛光状态和钝化状态下,试样表面均出现了明显的点蚀形貌,点蚀电位在0.9~1.2 V之间。在静态环境中材料的耐点蚀性要强于流动海水中;随着流速上升,材料的耐点蚀性并未发生明显变化,但表面钝化膜在流动海水中失去了再钝化能力。2205不锈钢表面钝化膜呈现n型和p型两种半导体特征,说明不锈钢表面钝化膜呈现双层结构,主要由外层Fe的氧化物和内层Cr的氧化物组成。钝化处理后试样的耐点蚀性能有所上升,但钝化膜的半导体性质未发生明显变化。海水冲刷使得不锈钢耐点蚀性能下降,不同表面处理的2205不锈钢在海水冲刷下表面钝化膜特性差异导致不锈钢点蚀敏感性不同。
通过1 a的青岛海域实海暴露实验,结合失重法、宏观和微观形貌、三维形貌和腐蚀产物分析,开展了S420钢在大气、飞溅、潮差和全浸4个不同海洋区带下的腐蚀行为研究。结果表明:S420钢在潮差环境中腐蚀速率最高,大气环境下腐蚀速率最低。一方面,这主要归因于锈层具有持水能力,为阴极反应提供充足的水介质,另一方面,潮差环境的干湿循环使得表面薄液膜中Cl-浓度增加,同时加速了氧的传质过程,促进了腐蚀阴阳极反应速率。腐蚀产物主要由γ-Fe2O3、Fe3O4以及α/γ-FeOOH组成。电解液层的持续存在有利于γ-FeOOH的形成,使其在潮差和全浸环境中占主导地位。充足的氧气和干湿循环促进了Fe3O4的生成,导致其在飞溅环境中以主要形式存在。S420钢在潮差环境下表现出最大点蚀深度和高点蚀体积的局部腐蚀特性。
采用两种工艺 (500 ℃-10 min,700 ℃-10 min) 对Zn-6%Al-3%Mg镀层钢板进行加热处理,通过扫描电镜 (SEM) 、X射线衍射 (XRD) 和中性盐雾实验对原始样品和两种热处理样品的耐蚀性、腐蚀形貌和物相进行观察分析,对比研究了锌铝镁镀层在高温加热条件下镀层组织结构及耐蚀性的变化规律。结果表明,Zn-6%Al-3%Mg镀层钢板经过500 ℃-10 min热处理后,镀层形貌、物相及腐蚀产物种类与原始样品类似,腐蚀失重和增重也与原始样品基本相同,可以认为该热处理工艺对其微观组织和耐蚀性的影响不大。经过700 ℃-10 min热处理后,镀层组织从单层多相结构转变为分层多相结构,腐蚀产物中有较多Fe的氧化物,主要由析出到镀层表面的富铁相形成,富锌镀层仍然完整覆盖在钢基体表面,腐蚀增重达到原始样品的3.2倍,腐蚀失重达到原始样品的2.2倍。
氢脆是高强铝合金在服役环境中应用所面临的问题之一。本文首先总结了氢的来源及其与高强铝合金的相互作用,介绍了氢脆的主要机制,包括氢促局部塑性(HELP)、氢促解聚(HEDE)、氢诱导位错发射模型(AIDE)和混合模型。随后,分析并讨论了高强铝合金微观结构(如第二相、位错、晶界等)和环境因子(如温度、湿度、应变速率等)对氢脆敏感性的影响。最后,指出在氢脆过程中,氢、第二相和裂纹之间的协同作用,以及多种环境因素耦合效应对高强铝合金氢脆敏感性的影响是亟待解决的问题。此外,通过调控不可逆氢陷阱的结构和数量是缓解氢脆的有效途径之一。
采用高温高压腐蚀实验及电化学测试手段研究了TC4钛合金在O2 + CO2气氛的高温高压模拟水沉积液中表面形成的膜层情况。TC4钛合金在实验条件下具有良好的耐蚀性。在O2 + CO2气氛中,TC4钛合金表面膜层为n型半导体型,主要由TiO2和Al2O3组成。随着膜层中Al2O3含量的增加,膜层对基体的保护性减弱。循环极化测试结果显示,阳极极化可以改善钛合金表面膜层的质量;但随着腐蚀系统中O2含量的降低,膜层中的缺陷增多,致密性变差,膜层对基体的保护性减弱。
环境障涂层(EBC)为碳化硅陶瓷基复合材料(SiC-CMC)提供了有效的高温水蒸气防护,成为新一代航空发动机高温部件的关键材料。本文综述了稀土硅酸盐/Si粘结层EBC的制备技术与典型结构特征,探讨了在富含水氧、CMAS熔盐的高温发动机环境下的服役失效机理,进一步针对涂层热失配、高温水氧腐蚀、CMAS腐蚀、粘结层氧化等问题,从材料和结构角度总结了硅酸盐面层和Si粘结层的设计及优化方法,同时,面对更高温度的服役需求,介绍了超高温面层结构设计和新型耐高温粘结层材料设计研究进展,最后展望了高性能环境障涂层的未来研究方向。
电力系统对接地材料的耐蚀性、导电性和成本要求越来越高,因此研发一种新型接地材料至关重要。本研究采用环氧树脂为碳源,控制不同的渗碳温度和保温时间对铸铁表面进行渗碳。采用XRD、Raman、SEM、金相分析、电化学腐蚀实验等方法,研究不同渗碳参数对渗碳层和铸铁基体的组织特征、成分和耐蚀性的影响。研究表明,渗碳铸铁表面形成明显渗碳层,主要成分为Fe3C,耐蚀性显著提高,最优渗碳参数为以5℃/min从室温升至750℃后炉冷。合金铸铁表面采用渗碳工艺可显著提高其耐蚀性和导电性,能够满足接地材料功能需求。
铅基快堆作为第四代核能系统堆型之一,成为国内外近年来研究热点。作为铅基堆冷却剂的液态铅/铅铋,具备中子物理特性优良、安全特性高等优点,但其与结构钢的不相容性导致了液态金属腐蚀、脆化等一系列失效机制。结构钢在液态铅/铅铋中的腐蚀表现除了与液态金属的温度、流速、溶解氧浓度等环境参数密切相关外,也伴随着冲蚀力学失效和辐照损伤等因素导致的冲蚀-腐蚀、辐照-腐蚀耦合效应。本文从液态金属微观腐蚀机理、新型耐蚀合金成分设计和表面改性工艺的研发、冲蚀-腐蚀动态腐蚀装置的设计及液态铅/铅铋回路长期腐蚀预测模型、辐照-腐蚀协同效应相关实验平台的搭建等4个方面综述了国内外近年来在铅基堆结构材料腐蚀领域取得的理论和实验研究进展。
本文对锻态AZ80镁合金进行固溶处理及不同保温时间的时效处理,采用析氢法、失重法及电化学测试分析了时效态AZ80镁合金的耐蚀性能,观察了合金的显微组织和腐蚀形貌,对比研究了时效热处理工艺对于柱面织构平面内第二相形貌、尺寸及数量等特征的影响,探讨了不同特征第二相粒子对合金耐蚀性能的影响规律。结果表明:不同的时效时间可有效调控锻态AZ80镁合金中第二相的析出行为,时效处理不仅可以改善合金的耐蚀性能,还可以有效弱化镁合金腐蚀性能上的各向异性。当合金达到峰值时效时,基体内可形成致密的具有网络结构的第二相,合金表面的耐蚀性和腐蚀均匀性均得到有效提升,柱面取向表面和基面取向表面间平均腐蚀速率的差值最小。
水系锌离子电池作为一种二次电池,具有安全性好、成本低和能量密度高等优点,有望成为下一代能量存储系统的替代者。作为一种有前景的能量存储装置,水系锌离子电池在众多研究领域都取得了重大进展。但是,锌金属负极的腐蚀问题仍是阻碍其发展的关键因素,这严重削弱了锌离子电池在实际应用中的稳定性和使用寿命。因此,研究如何防止锌金属负极的腐蚀具有极大的应用价值。本文系统总结了水系锌离子电池关于锌金属负极腐蚀防护和电解液优化方面的研究进展,并对其未来进一步的应用前景进行了展望。
通过失重测量、电化学测试和扫描电镜 (SEM) 研究了酸性氯化钠溶液中硝酸钠 (NaNO3) 和硫脲 (TU) 对铝合金缝隙腐蚀行为的影响。结果表明,酸性氯化钠溶液中NaNO3和TU对铝合金的腐蚀均有一定的抑制作用,二者同时存在时表现出良好的协同抑制效应。当试样表面存在缝隙结构时,NaNO3能抑制缝隙外铝合金的腐蚀,然而却促使缝隙内铝合金发生了严重的腐蚀,这主要是因为缝隙内NO3-还原产生的次生产物NH3能够选择性溶解铝合金的富铜相,诱导点蚀萌生,进而引发缝隙腐蚀。在含有TU的腐蚀介质中,缝隙内金属的腐蚀比较轻微,但是TU对缝隙外的抑制作用较差,缝隙外铝合金仍然发生明显的腐蚀现象。同时加入TU和NaNO3时,TU能吸附在铝合金表面,形成的保护膜能阻碍腐蚀性离子及NH3与铝合金接触,从而抑制缝隙内腐蚀的发生,同时NaNO3能够促进缝隙外金属表面钝化膜的形成,从而有效抑制缝隙外金属的腐蚀。因此,TU和NaNO3对铝合金缝隙腐蚀具有协同抑制效应。