综述了非晶合金耐蚀性的研究现状,归纳了合金成分、合金结构、制备工艺、腐蚀介质、表面状态、加载应力以及其他重要因素对非晶合金耐蚀性的影响规律,总结了非晶合金耐蚀性能的改善途径,并对非晶合金耐蚀性研究方面存在的问题和今后的发展趋势进行了探讨和展望。
综述了硫酸盐还原菌 (SRB) 微生物腐蚀与防护的研究现状,总结了厌氧生物膜的形成过程及对钢材腐蚀的影响,并在此基础上介绍了SRB对金属材料的腐蚀机理,包括阴极去极化机理、代谢产物腐蚀机理、Fe/FeS微电池作用机理等。分析了SRB代谢产生的胞外聚合物 (EPS) 在金属腐蚀过程中起到的作用,并详细介绍了SRB与好氧型铁氧化菌 (IOB)、典型腐蚀性阴离子 (Cl-/SO42-)、弹性应力以及酸性气体CO2之间的微生物腐蚀协同作用。最后系统总结了SRB腐蚀研究中较为普遍的防腐蚀手段以及最新研究进展,从而为后续SRB腐蚀与防护提供参考。
针对化工领域,阐述了Si-Fe涂层的制备工艺现状,并对其抗氧化机制及工业化应用发展进行了说明;对于高温防护领域,重点综述了Si-Mo、Si-Zr两种高温防护涂层的研究现状,并介绍了不同元素对涂层抗氧化性能的合金化改善效果及其抗氧化机制。相对于单层涂层,双层或多层复合硅化物涂层具有极佳的可设计性,并能够兼顾耐热性能与结合强度的要求,避免涂层与基体间热膨胀失配、元素扩散等缺陷的产生,举例说明了其设计理念及性能优势。展望了难熔金属硅化物涂层的发展方向,为其工程应用提供理论支持。
利用高温高压反应釜,采用失重、电化学实验和慢应变拉伸方法,结合X射线衍射 (XRD) 、扫描电子显微镜 (SEM) 和能量散射X射线谱 (EDS) 等手段研究了0~3 MPa静水压力对X70钢在模拟海洋环境中的腐蚀行为的影响。结果表明:静水压力在0~2 MPa范围内,X70钢的腐蚀形态表现为局部腐蚀,腐蚀产物主要成分为FeOOH。静水压力为3 MPa时,腐蚀形态倾向于均匀腐蚀,腐蚀产物除FeOOH外,还出现少量的Fe3O4。随着静水压力的增加,X70钢的腐蚀速率先增加后减小,在2 MPa时达到最大。静水压力在0~2 MPa范围内,X70钢SCC敏感性随着压力增加而增加;继续增加到3 MPa时,SCC敏感性有降低的趋势。X70钢在模拟海洋环境溶液中应力腐蚀开裂敏感性取决于金属表面点蚀的状况,而不一定正相关于静水压力。随静水压力的增加,X70钢表面的阳极溶解被促进,同时也促进更多的氢原子进入钢中,其应力腐蚀开裂机制是由阳极溶解和氢致开裂共同控制的混合机制。
采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱等测量方法,研究了Cl-浓度、溶解氧含量以及pH对核电汽轮机25Cr2Ni2MoV转子钢焊接接头电偶腐蚀性能的影响。结果表明:在不同环境变量下,转子钢焊接接头均存在一定程度的电偶腐蚀效应,Cl-浓度的增大显著地增强了焊接接头的电偶腐蚀效应,而溶解氧含量的升高却降低了焊接接头的电偶腐蚀效应,但是酸性条件下pH变化对电偶腐蚀效应的影响并不明显。
通过低合金耐热钢T23在650 ℃/25 MPa的高温超临界二氧化碳 (s-CO2) 下的1000 h氧化实验获得了T23钢的氧化动力学特性,并借助SEM、XRD及EDS对氧化膜的形貌、物相和成分进行了分析。结果表明:T23钢在650 ℃/25 MPa的高温s-CO2中的氧化动力学符合立方规律,时间指数0.30。氧化膜具有典型的双层结构,外层氧化膜为Fe3O4且氧化膜疏松多孔,内层氧化膜较为致密含有大量尖晶石结构的Fe3-xCrxO4。T23材料在高温超临界CO2环境中形成的氧化膜较容易发生剥落,剥落腐蚀现象明显。
利用一步水热法在AZ91D镁合金表面原位制备ZnAl-LDHs薄膜和ZnAlCe-LDHs薄膜,借助X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和电化学阻抗谱等表征手段,研究Ce对镁合金表面ZnAlCe-LDHs薄膜形貌结构、化学组成及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Ce离子加入不改变镁合金表面LDHs鸟巢网状形貌,但增加了薄膜的厚度以及纳米片的尺寸。EIS结果表明,ZnAlCe-LDHs薄膜与ZnAl-LDHs薄膜相比,自腐蚀电位正移0.05 V,腐蚀电流密度降低1~2个数量级,阻抗图中容抗弧半径明显增大,说明加入Ce离子可以增强镁合金的耐腐蚀性能。
利用腐蚀电化学以及浸泡腐蚀实验结果表明,通过向FLiNaK熔盐体系引入Cr2+/Cr3+氧化还原缓冲离子对,可以使不同金属材料在该熔盐体系的电位差缩小乃至消除,并抑制不同金属材料之间的电偶腐蚀。
数值模拟计算可为区域阴极保护优化设计提供重要参考,但数值计算的精度受到多种因素的影响,特别是边界条件的确定。边界条件与站场埋地管网的防腐层类型、绝缘性能、土壤中的极化特性等因素有关,对于老旧站场,防腐层状况不能准确掌握,如何来确定不同区域埋地管道的边界条件是数值模拟计算的难点。本文探索了将现场试验和数值模拟相结合,使用反演计算获得边界条件的方法,在此基础上对阳极地床分布进行了数值模拟优化计算,确定了区域阴极保护设计方案。现场实施后,将计算结果与现场测试结果进行了对比,相对误差小于10%,验证了该方法的准确性。
采用失重法、动电位极化曲线、电化学阻抗谱探究了在三氯乙酸 (Cl3CCOOH) 溶液中0~500 mg/L咪唑啉 (IM) 缓蚀剂对冷轧钢的缓蚀性能,并通过SEM、AFM及接触角测试表征钢表面微观形貌结构和亲水/疏水性。采用量子化学理论探讨了IM在钢表面的吸附方式及质子化作用对缓蚀剂分子吸附行为的影响。结果表明:IM能有效减缓冷轧钢在0.10 mol/L Cl3CCOOH溶液中的腐蚀,20 ℃下500 mg/L缓蚀剂 IM的缓蚀率超过95%。IM的吸附服从Langmuir吸附等温式,在钢表面发生的吸附作用为混合吸附。动电位极化曲线显示IM属于混合抑制型缓蚀剂。冷轧钢在未添加和添加一定缓蚀剂IM的0.10 mol/L Cl3CCOOH中的Nyquist图谱均由高频区的容抗弧和低频区的感抗弧构成;加入IM后电荷转移电阻、电感电阻和电感值均显著增加。在添加IM的溶液中,钢表面腐蚀程度急剧降低,而疏水性增强。量子化学计算表明,IM易发生质子化生成p-IM,质子化后给电子能力减弱,接受电子能力加大。
采用开路电位、动电位极化、电化学阻抗谱等电化学测试方法,并结合激光共聚焦显微镜和扫描电镜能谱面扫描表征手段,研究了温度对汽轮机末级叶片用钢14Cr12Ni3WMoV在0.02 mol/L NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明:随着温度的升高,14Cr12Ni3WMoV不锈钢腐蚀倾向和腐蚀速率均增大,点蚀敏感性增强,自修复能力减弱,材料耐蚀性下降;材料表面点蚀坑随着温度的升高沿径向的发展变快,而沿纵向的发展减缓;点蚀发生时,材料发生选择性溶解,其中Fe和Ni溶解较快,而Cr、W、Mo和V因溶解缓慢在腐蚀坑内发生富集,并且温度的变化对Cr、W、Mo和V的富集没有明显影响。
采用超音速火焰喷涂技术在T91钢表面制备了45CT、NiCr/Cr3C2和NiCrAlY 3种涂层。在T91钢和3种涂层表面涂覆37.5%Na2SO4+37.5%K2SO4+15%Fe2O3+10%SiO2的合成煤灰后通入模拟烟气在750 ℃下进行腐蚀,获得腐蚀动力学曲线,腐蚀200 h后观察涂层腐蚀前后厚度变化。采用XRD、SEM、EDS对高温腐蚀产物成分、结构、形貌进行分析。结果表明,T91钢腐蚀非常严重,腐蚀产物大量剥落。3种涂层在腐蚀前期均表现为增重,而在腐蚀后期均存在失重现象。经过200 h腐蚀后,45CT、NiCr/Cr3C2和NiCrAlY涂层分别减薄25、112.7和93.1 μm。T91钢腐蚀后表面残留的腐蚀产物主要为Fe2O3。45CT涂层表面主要的腐蚀产物相为Cr2O3,而NiCr/Cr3C2和NiCrAlY的腐蚀产物为Cr2O3和NiCr2O4。所有样品表层腐蚀产物中不同程度均嵌入了煤灰粒子。腐蚀介质会通过涂层扩散到涂层/基体界面导致基体一侧发生腐蚀。45CT、NiCr/Cr3C2涂层样品基体处腐蚀严重导致涂层/基体开裂,而NiCrAlY涂层由于孔隙率较低,以及稀土效应,界面的基体侧腐蚀轻微,未出现裂纹。
利用失重法、极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了苏铁蕨提取物 (BIE) 对Q235钢在1 mol·L-1 HCl溶液中的腐蚀抑制性能。结果表明:BIE可明显减缓碳钢在盐酸溶液中的腐蚀,当BIE浓度增大到560 mg·L-1时,钢片的腐蚀失重速率降至1.125 g·m-2·h-1,缓蚀率达到94.3%。由电化学分析可知,BIE以抑制碳钢阴极腐蚀反应为主;随BIE浓度的增大,金属表面电荷转移过程变得困难,缓蚀性能增强。由极化曲线和电化学阻抗谱拟合计算的最高缓蚀率分别为95.8%和95.3%,与失重法结果吻合。BIE中的缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附满足Langmuir、Temkin吸附等温线和EI-Awady热力学-动力学模型,属于非均质性吸附且吸附的有机分子之间应存在相互作用力。光谱分析和表面形貌观察分别证实了BIE分子的吸附和缓蚀作用。
针对3A21铝合金在乙二醇冷却液中的腐蚀问题,采用浸泡实验和表面分析技术系统研究了痕量Cl-和Cu2+对3A21铝合金在50 ℃乙二醇-水冷却液中腐蚀行为的影响。结果表明,Cl-引发了铝合金的点腐蚀,随着Cl-浓度增大,铝合金点蚀敏感性增大。Cu2+促进铝合金钝化膜的破裂,并与Al发生置换反应沉积在铝合金表面,电偶作用加速了铝合金的腐蚀。Cl-和Cu2+共存时,钝化膜破裂和电偶作用导致铝合金腐蚀加剧。
采用热力学Kent-Eisenberg (KE) 模型建立了贫胺液空冷器工艺仿真模型,通过Aspen plus工艺模拟软件,分析了空冷器降温 (41.96~83.40 ℃) 过程中热稳定盐、有机酸和CO2等腐蚀性介质的变化规律。结果显示,空冷器前三排管束中气相摩尔分数较小,气相中热稳定盐和CO2的摩尔分数分别占到55%和45%,为空冷器管束腐蚀的关键危害源。通过建立空冷管束流体动力学仿真模型,分析管束内部气相流动特性,得知空冷器第二排9~12、20、21、24、27~40号管束气相分率较大,属于腐蚀高风险区域,该结果与实际空冷器管束腐蚀位置相符合。
将自制螺母喷丸前后的疲劳实验结果进行了对比,同时对比了喷丸后的自制螺母与同规格沈制螺母的疲劳实验结果。结果表明,喷丸强化可以提高螺母的疲劳寿命,喷丸强化后的自制螺母水平阶段的应力升降范围比未喷丸自制螺母明显上升,较大的静载荷比下,自制螺母断裂时的疲劳循环周次较低,喷丸强化后自制螺母的FLPF为24.38%,FSIP为26.26%,相同的喷丸条件下,自制螺母强化后的抗疲劳特性较同规格沈制螺母有显著提升,最大应力为160 MPa时,自制件的循环周次较沈制件提高了87.8%。
以14Cr1MoR钢的焊接接头为研究对象,采用金相显微镜观察接头组织和宏观浸泡实验后接头的腐蚀形貌,采用电化学方法测试接头不同部位在NaCl溶液中的极化曲线和阻抗谱,研究14Cr1MoR钢焊接接头的腐蚀行为规律。结果表明:14Cr1MoR钢为易淬火钢,其焊接接头组织包括粗大马氏体、大小不一的贝氏体、铁素体及少量碳化物,且分布不均匀;与焊缝区相比,14Cr1MoR钢母材的耐蚀性较差,短期腐蚀变化明显,长期浸泡产生的腐蚀产物疏松多孔易剥落,对基材没有保护作用;母材的腐蚀速率约是焊缝腐蚀速度的2倍。
双希夫碱分子结构上可引入多个活性位点,具有成为高效缓蚀剂的可能性。采用量子化学中的密度泛函理论 (DFT),借助Gaussian09软件,计算6种2-氨基芴缓蚀剂分子结构参数,分析缓蚀剂分子中与金属Fe相互作用的活性位点,探讨缓蚀机理,构建缓蚀剂分子结构参数与缓蚀率的定量模型,为合成新的缓蚀剂提供有用的信息。
通过Materials Studio软件建立了石墨烯增强DGEBA/3,3'-DDS交联型环氧树脂模型,采用分子动力学模拟方法研究水分子在不同含量石墨烯 (0%,1.1%,2.3%,3.0%,4.2%和5.8%,质量分数) 增强的环氧树脂防腐涂层内部的扩散过程,为实际环氧树脂防腐涂层的改性提供理论指导。结果表明,水分子在环氧树脂中以氢键结合的“束缚水”和内部微孔中存在的“自由水”两种形式存在,水分子在其内部的扩散主要表现为由自由水的扩散过程,扩散系数随着温度的升高而增大;石墨烯的引入使得水分子的均方位移变化在整个模拟过程中趋于稳定,提高了环氧树脂的阻隔性能,当石墨烯含量为4.2%时,阻隔性能最佳。