介绍了Ti及其合金发生氢脆可能的深地质环境因素,分别论述了H在Ti中扩散,Ti发生氢脆的实质及机理,总结了多种钛合金的临界氢浓度,分析了深地质环境下Ti储罐发生氢脆的可能性。最后对研究Ti储罐在深地质环境中氢脆问题进行了展望。
综述了腐蚀领域几种经典的空间分辨技术,并详细探讨了每一种技术的工作原理、优缺点及其在金属腐蚀原位监测领域的应用现状和发展前景。
对浅海中大量使用的Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极在深海低溶解氧环境下的性能进行了研究。通过恒电流法对Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极开路电位、工作电位、实际电容量、电流效率及溶解形貌等使役性能进行研究,并结合浸泡失重、动电位极化曲线、电化学阻抗谱、循环伏安等电化学方法以及SEM/EDS分析手段,探讨浅海现役Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极在深海低溶解氧环境下的电化学性能。结果表明:深海低溶解氧条件下,Al-Zn-In-Mg-Ti溶解速度减缓,活性元素的再沉积过程受到抑制,活化作用减弱,从而导致铝阳极表面氧化膜不易溶解,大量附着,造成其活化困难,放电性能下降,电流效率降低,阴极保护设计时需留出相应设计裕量。
采用线性扫描伏安法和循环伏安法研究了304不锈钢在FeCl3酸性溶液中的腐蚀行为。结果表明:相同pH及Cl-浓度下,随着Fe3+浓度增加,304不锈钢自腐蚀电位正移,自腐蚀电流密度增加。304不锈钢在酸性Fe3+溶液中发生腐蚀时,由于Fe3+还原反应的存在导致不锈钢自腐蚀电位正移,从而使电极表面H+还原反应难以进行;当Fe3+含量充足时,不锈钢腐蚀过程中阴极反应主要为Fe3+还原反应,而不是H+去极化反应。因此在研究不锈钢点蚀行为时,要充分考虑到蚀孔周围Fe3+的作用。
在硫酸盐还原菌 (SRB) 接种的模拟海洋溶液中,观察并研究了SRB和外加应力对17-4 PH不锈钢腐蚀行为的作用。分析应力-应变曲线和断口形貌,对比在无菌溶液和SRB接种溶液中的腐蚀行为差异。结果表明,与无菌溶液相比,SRB接种溶液中单级时效、双级时效和调质处理试样的ISCC值分别提高了5.2%,9.3%和4.4%。FeS的产生增强了阳极溶解过程并加速了腐蚀反应,双级时效试样组织中粗大的马氏体有利于氢的进入和聚集,增加了试样对SRB的敏感度。单级时效和调质处理试样的应力腐蚀开裂 (SCC) 机理都是阳极溶解 (AD),而双级时效试样是氢致开裂 (HIC)。
采用SEM、XRD、拉曼光谱等检测技术,对奥氏体钢HR3C与Sanicro25在650 ℃/25 MPa和700 ℃/25 MPa的超临界水中的氧化特性进行了研究。结果表明,HR3C和Sanicro25钢在超临界水中的氧化增重速率均随着温度的升高而增大,650 ℃下HR3C与Sanicro25钢的氧化时间指数分别为0.46和0.66,700 ℃下HR3C与Sanicro25钢的氧化时间指数分别为0.42和0.22;两种奥氏体钢表面形成的氧化膜均为双层结构,外层为富Fe结节状氧化物,内层为富Cr致密氧化物;温度相同时,两种奥氏体钢表面形成的氧化膜的物相组成基本相同,且均检测到Cr2O3的存在。此外,700 ℃时,HR3C和Sanicro25钢的外层氧化膜上均观测到了孔洞的存在。HR3C和Sanicro25钢在超临界水中的抗高温蒸汽氧化性能相近。
采用SEM,氢含量分析仪和电化学充氢慢应变速率拉伸方法,研究了磷化处理及氢含量对核主泵用国产SA-540 B23主螺栓断裂行为的影响。结果表明,磷化处理对B23螺栓材料的断裂性能 (慢应变速率拉伸及断裂韧性) 没有影响。磷化处理后,H主要分布在磷化层中,而非基体内部。B23螺栓材料在电化学充氢环境下表现出明显的氢脆敏感性,断裂模式为沿晶开裂。
研究了在1150 ℃高温条件下保温处理后含铜钢的铜偏聚现象。在空气中采用不同保温时间进行实验,保温时间不超过60 min。结果表明,由于Fe的氧化及脱碳引起的渗碳体转变数量的减少,共同促使更多的Cu析出并向钢/氧化皮界面附近晶界偏聚,导致在空气中经高温处理后,钢/氧化皮界面及其附近的晶界中都出现了Cu的富集;经过冷却相转变后,钢/氧化皮界面附近区域钢中的Cu含量低于高温处理前的Cu含量。
研究了化学组分和显微组织结构对AZ31,AZ91,AM60和ZK61等4种镁合金在含有不同浓度NH4NO3的0.1 mol/L NaCl溶液中腐蚀行为的影响。通过浸泡实验、电化学测试、SEM和CLSM表面分析等探讨了4种镁合金的腐蚀机理。结果表明,NH4NO3的存在会加快镁合金的腐蚀;并且由于在特定浓度范围内,Cl-,NH4+和NO3-的协同作用,会发生自催化点蚀。不同镁合金的耐蚀性与合金的化学成分和显微组织密切相关。
对AZ31B镁合金进行超声滚压表面处理,利用电化学测试手段评价了改性后合金的耐蚀性能,通过SEM和白光干涉仪观察分析了合金处理层微观组织、表面形貌以及腐蚀后表面形貌。结果表明,经过表面处理后,镁合金表层晶粒发生明显细化且表面平整,表面腐蚀产物分布均匀且致密性高,去除腐蚀产物后表面点蚀坑细小密集。在浸泡前期,经表面处理试样的钝化膜层电阻Rf为9020 Ω,远大于未经表面处理试样的14.8 Ω。在浸泡中期,未经表面处理试样的阻抗谱图上出现扩散过程引起的阻抗特征,此时钝化膜层电阻Rf为22.9 Ω,远远小于经表面处理试样的19800 Ω。在浸泡后期,表面处理试样钝化膜层电阻Rf为31400 Ω,而未经表面处理试样的为11400 Ω。超声表面滚压处理降低了镁合金表面粗糙度及晶粒尺寸,进而增加了镁合金在溶液中钝化膜的均匀性和致密性,阻滞了镁合金表面的电化学反应过程,延缓了镁合金的腐蚀。
基于再生水管道 (无内衬球墨铸铁管) 腐蚀模拟实验装置,选取pH、总硬度、SO42-和Cl-等开展多水质因素腐蚀实验,采用电化学测试方法和挂片失重法,研究了再生水管道的瞬时腐蚀速率、平均腐蚀速率与腐蚀垢层阻抗特性的变化规律。结果表明,电化学测试所得瞬时腐蚀速率、挂片失重法所得平均腐蚀速率与腐蚀垢层阻抗变化规律具有一致性。正交试验结果表明,水质因素对球墨铸铁管腐蚀影响程度排序为:pH>总硬度>SO42->Cl-;偏酸性、低硬度的水体更易造成管道腐蚀,且水体低pH对管道腐蚀最为明显;偏碱性的水体在减少管壁腐蚀的同时,促进管道形成管垢保护管壁;阴离子浓度越高,垢层扩散阻抗值越小,垢层越不稳定。
采用分子自组装技术在Cu表面制备缓蚀膜。通过电化学方法分别测试2-氨基苯并噻唑 (ABT),苯并三氮唑 (BTA) 单独存在和复配后的性能,考察了复配缓蚀剂的配比和浓度两个因素的影响。通过动力学,并结合场发射扫描电子显微镜 (SEM)、原子力显微镜 (AFM)、拉曼光谱 (RAM) 和光学接触角 (CA) 分析,探讨了缓蚀机理;通过计算协同参数S来衡量ABT和BTA协同效应的强弱。结果表明,当总浓度为20 mmol/L,各自比例占50%时,缓蚀率可达96.34%。两种缓蚀剂同时存在物理吸附 (分子间作用力) 和化学吸附 (孤对电子和金属空轨道结合形成配位化合物),且在铜片表面形成致密且有序的保护膜。同时,经ABT-BTA组装的Cu表面的接触角较大,表面粗糙度较小;ABT比例为50%时,S=25.32,在此条件下协同作用较强。
针对所提出的恒电位脉冲电沉积铜锡技术,研究工艺条件对镀层成分、晶粒尺寸及耐蚀性能的影响规律,摸索恒电位脉冲电沉积高锡青铜的最优工艺。利用SEM观察分析恒电位脉冲与恒电流脉冲电沉积铜锡镀层的形貌及晶粒尺寸,结合EDS分析电沉积方式对镀层成分分布的影响规律,使用电化学工作站表征镀层的耐蚀性。结果表明,使用占空比33%、沉积电位3 V的恒电位脉冲电沉积工艺,降低了镀层溶解几率而维持络合离子迁移、沉积驱动力,因而对不同尺寸零件均可稳定获得高锡青铜镀层。相同初始条件下,恒电流脉冲镀层平均厚度约6 μm;而恒电位脉冲具有更大的沉积速率,膜层厚度在10 μm以上,且镀层成分比恒电流脉冲镀层更均匀、孔隙率低、晶粒团簇少、耐蚀性能优良,在截面积为78.5 mm2的试样上镀层阻抗较恒电流脉冲提高了两倍。恒电位脉冲还可获得纳米Cu-Sn镀层,晶粒尺寸小于100 nm。相对恒电流脉冲,恒电位脉冲电沉积提高了铜锡镀层质量及耐蚀性,且有利于复杂零件的成分控制及自动化生产。
基于API 581标准,结合压力容器现场所处环境和对应腐蚀机理,采用定量分析方法对压力容器各类损伤系数、失效概率和失效后果进行分析与计算。同时结合制定的风险可接受准则,对压力容器风险等级进行高低划分,针对风险高的设备及组件,结合其各类损伤系数和失效后果,制定针对性的未来检验周期、检验计划、检验措施和相关后果监控措施。研究结果能实现对压力容器及组件的风险准确定量评估,并针对风险制定相应检验周期和检验计划。此方法对合理分配现场检验人力、财力和控制平台安全生产具有重要意义。且该方法已成功应用于中国海域FPSO,可供其他工程借鉴参考。