对核电站常用不锈钢和镍基合金等结构材料在服役的高温高压水中的应力腐蚀裂纹萌生测试的实验方法、评价指标、影响因素和萌生机理等几个方面进行论述,并指出目前研究的不足和未来研究趋势。

埃洛石纳米管 (HNTs) 是一种天然的硅铝酸盐类纳米材料,具有独特的中空管状结构、比表面积大和反应活性高等特点,其作为纳米装载器在智能防腐涂层领域中凸显出越来越重要的应用价值。本文简述了HNTs的结构和性质,分析了HNTs在智能涂层领域应用的可行性,阐述了HNTs表面改性机理和缓蚀剂负载影响因素,分析了改性HNTs作为自修复单元在智能防腐涂层中的应用研究进展。同时,对HNTs智能涂层的功能化改进方面进行了展望。

本文总结了在海洋工程中广泛存在的电偶腐蚀的影响因素和实验方法。电偶腐蚀主要受金属本身和环境因素的影响。对近年来国内外对海洋环境中电偶腐蚀的研究进展进行了综述。介绍了海洋环境中各种电偶腐蚀测试方法及其表征、方法的应用及最新进展。最后,对该领域的研究方向进行了展望,为相关领域的研究人员提供了新的思路。

采用电化学阻抗 (EIS)、石英晶体微天平 (QCM) 和铜箔电阻探针 (TER) 等多种大气腐蚀测量技术,以表面沉积不同比例 (NH₄)₂SO₄和NaCl混合盐粒下的电路板铜箔为样本,在气候试验箱中模拟研究了电路板铜在模拟污染大气环境下的初期大气腐蚀行为。结果表明：在30 ℃ RH90%环境中且表面沉积量相同时,在腐蚀初期 (<30 h),(NH₄)₂SO₄和NaCl混合盐粒对铜的腐蚀性比沉积单一NaCl盐粒的体系更强；但30 h后,情况发生反转,混合盐粒对铜的腐蚀相比单一NaCl盐粒体系反而显著降低,且当混合比例为1∶1时,(NH₄)₂SO₄对NaCl腐蚀的抑制作用最强 (抑制比达84%)。通过腐蚀产物的SEM、XRD、XPS分析可知,在腐蚀前期,由于NH₄⁺对Cu的腐蚀促进作用使铜表面快速形成了较为致密的Cu₂O腐蚀产物,从而显著减缓了铜基底腐蚀。尽管沉积NaCl盐粒的铜表面也生成了Cu₂O腐蚀产物,但相对比较疏松多孔,反而会因为腐蚀产物的阴极促进作用加速腐蚀产物层下的Cu腐蚀。

通过激光共聚焦显微镜、扫描电镜 (SEM)、能谱仪 (EDS)、X射线衍射仪 (XRD)、X射线光电子能谱 (XPS)、开路电位、极化曲线、电化学阻抗谱等研究了NH₄H₂PO₄溶液浓度对2Cr-1Ni-1.2Mo-0.2V钢电化学腐蚀行为的影响。结果表明,随着NH₄H₂PO₄溶液浓度的增大,2Cr-1Ni-1.2Mo-0.2V钢的腐蚀速率先快速增大后缓慢增大；2Cr-1Ni-1.2Mo-0.2V钢仅在低浓度NH₄H₂PO₄溶液中萌发点蚀,一旦溶液浓度大于或等于30 mmol/L,材料腐蚀形态仅表现为均匀腐蚀；2Cr-1Ni-1.2Mo-0.2V钢表面腐蚀产物膜为双层结构,外层膜主要由Fe₃(PO₄)₂、FePO₄组成,内层膜主要由Fe₃O₄构成；随着NH₄H₂PO₄溶液浓度的增大,外层膜覆盖度及致密度均提高,内层膜中Cr、Mo出现富集,一定程度抑制材料腐蚀。

采用周期浸润加速腐蚀实验和电化学方法,结合场发射扫描电镜 (FE-SEM)、X射线衍射 (XRD)、电子探针 (EPMA) 等表面测试技术研究了690 MPa高性能耐候桥梁钢在模拟工业大气环境中的腐蚀行为。结果表明,在腐蚀初期,以贝氏体为主的Q690qENH钢的耐蚀性优于含有铁素体和珠光体组织的Q235钢；在腐蚀后期,Q690qENH钢腐蚀速率逐渐减小且远低于Q235钢,Q690qENH钢锈层中Cu、Cr、Ni合金元素的富集提高了锈层的致密性和稳定性,对腐蚀性介质的抵抗作用更强,锈层保护性参数α/γ*更大。电化学结果也表明,Q690qENH钢的锈层电阻及线性极化电阻更大,保护作用更强,因此在模拟工业大气环境中耐蚀性明显优于Q235钢。

微弧氧化 (PEO) 涂层属于陶瓷性涂层,表面不具有催化活性,需使用金属Pd活化后,再进行化学镀镍。为替代昂贵的Pd活化工艺,分别开发了Cu活化和Ag活化方法。利用场发射扫描电镜对浸镀后Cu/Ag活化复合涂层的镀层表面和截面形貌观察可见,Ag活化后PEO涂层表面镀层更加均匀致密,且厚度更大。经电化学测试表明,Ag活化复合涂层与传统Pd活化复合涂层的耐蚀性能相近,且明显优于Cu活化复合涂层。因此,Ag活化方法在保证复合涂层的耐蚀性能的同时,降低了活化成本。

利用深度学习方法,将图像处理技术运用于NiCrAlY涂层/Ni基高温合金服役过程中微观形貌的图像特征信息识别和检索。以NiCrAlY涂层/N5合金为研究对象,基于获取的3600张64×64像素的截面特征图像数据集,采用深度学习技术搭建对基体的TCP相、基体与涂层的界面、氧化层这三类特征进行分类识别。分别训练有二、三层卷积层的卷积神经网络实现这三类特征的分类识别与滑动窗口检索定位。选用RMSProp优化器,配合二、三层卷积层的神经网络的测试集识别准确率分别为98%、90.67%。利用Adam优化器训练三层卷积层的卷积神经网络的测试集识别准确率为99.17%,并且此网络在检索1024×943像素图像的三大特征时表现最佳,检索正确率达到100%。

通过两步反应法实现了硅烷偶联剂KH550和羟基硅油对环氧树脂E-20的共同改性,利用胺基加成反应引入KH550的乙氧基基团增加E-20的活性,从而提高与羟基硅油的接枝效率。通过红外光谱、GPC测试、稳定性分析以及DSC测试研究了分步反应过程和反应物配比对改性树脂性能的影响,优化改性工艺。研究表明,合适的反应物配比为E-20∶羟基硅油∶KH550=10∶1.5∶0.5 (质量比)。进一步利用改性树脂配制富镁涂层,通过涂层基本性能测试、盐雾试验和老化试验,研究了涂层对铝合金的保护性能。研究表明,涂层具有高的附着力,柔韧性好,耐盐雾和耐老化性能提高明显。

在X70钢上构建了含有玄武岩/氧化铈粒子的聚甲基丙烯酸甲酯涂层 (PMMA),并研究了添加量对涂层防腐耐磨性能的影响。利用X射线衍射、扫描电镜/能谱仪、接触角测试仪分析了未添加和添加玄武岩/氧化铈粒子涂层的相与元素组成、表面形貌及亲疏水性,同时对改性后涂层进行了电化学阻抗谱、极化曲线、摩擦磨损测试。结果表明,玄武岩/氧化铈复合材料改性涂层展现出更明显的疏水性以及更为优异的耐蚀性和耐摩擦性能。

采用电化学阻抗谱 (EIS)、动电位极化曲线研究了酸性Zn-Ni镀液 (AZNB) 中苯甲酸钠 (SB) 浓度对Zn阳极溶解行为及缓蚀率的影响。结果表明,AZNB中添加SB后对 Zn的溶解具有良好抑制作用；当SB浓度在30 ~120 mg/L范围内增加时,对Zn的缓蚀效率逐渐增大；SB是一种阳极型缓蚀剂。静态腐蚀失重法研究表明,当AZNB中SB浓度相同时,温度升高,缓蚀效率降低。采用等温吸附曲线研究表明,SB在Zn阳极表面满足Langmuir等温吸附模型,温度升高使缓蚀剂分子在Zn表面的吸附平衡常数减小,导致其吸附能力降低。在不同温度条件下SB分子在Zn表面吸附是由物理吸附和化学吸附混合控制自发进行的熵增过程。

以Sanicro 25奥氏体不锈钢和HR230、740H镍基合金为研究对象,在高温CO₂环境下分别进行了800、900和1000 ℃的腐蚀实验。利用分析天平获得材料反应前后的质量变化,利用SEM/EDS对合金反应后的形貌及腐蚀产物进行观察分析,利用XRD表征合金表面的腐蚀产物。结果表明：3种材料在高温CO₂环境下的腐蚀动力学曲线均符合抛物线规律,反应速率均随着温度的升高呈现量级的增加,表面腐蚀产物尺寸随着温度的升高不断增大。3种材料表面生成的腐蚀产物主要为富Cr氧化物。3种材料表面腐蚀产物结构存在差异,Sanicro 25不锈钢上的呈多层,而HR230和740H合金上的为单层；HR230和740H合金均存在内氧化现象,且740H合金中高含量的Al和Ti使其内氧化程度更加严重,抗CO₂腐蚀性能降低。因此,在高温CO₂环境下镍基合金HR230具有较为优越的抗腐蚀性能。

研究了电弧增材制造 (WAAM) 航空AA2024铝合金的微观组织结构及其腐蚀行为。通过扫描电镜 (SEM)、透射电镜 (TEM) 和能量色散X射线光谱仪 (EDX),研究了该铝合金腐蚀前后的微观组织结构以阐明其腐蚀行为。结果表明,电弧增材制造AA2024铝合金中,存在熔池区 (MPZ)、熔池边界区 (MPB) 和热影响区 (HAZ)。3个区域中均存在以孤立或成簇的形式存在的S相 (Al₂CuMg)、θ相 (Al₂Cu) 和α相 (AlFeMnSi) 金属间化合物 (IM)。相对MPZ和HAZ,MPB显示出更高的局部腐蚀敏感性,这与IM的脱合金化行为密切相关。

为开发环境友好、高缓蚀效率的新型缓蚀剂,以桂圆壳生物质为碳源,通过煅烧法和水热法分别合成桂圆壳碳点 (longan shell-CDs,ls-CDs) 和氮掺杂桂圆壳碳点 (N-lsCDs)。在此基础上,本文通过FT-IR、XPS、TEM、电化学方法、荧光光谱分析 (FL) 和静态失重法等手段对其光学性质、结构组成和缓蚀性能进行了测定分析。结果表明：在1 mol·L^-1 HCl体系中,当ls-CDs和N-lsCDs的浓度为100和20 mg·L^-1时,对Q235钢的缓蚀效率分别达到89.49%和92.41%。尤其是N-lsCDs,具有投加量低、原料废物利用、缓蚀性能优异的特点。极化曲线测试表明N-lsCDs为混合型抑制剂,并且N-lsCDs在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温式,同时存在物理吸附与化学吸附。利用生物质为原料制备环保新型缓蚀剂能够变废为宝,具有诱人的潜在应用前景。

为了解决Cu合金在海水中的腐蚀问题,促进Cu合金部件在海洋工程装备和设施中的应用,采用电镀与磁控溅射相结合的方法,首先在Cu衬底上电镀Ni层,随后在Ni层上溅射沉积Ni-Cr合金薄膜,最后在Ni-Cr层上再溅射沉积不同Cr含量的Ni-Cr-Al-Si合金薄膜,获得Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si梯度复合膜层,并研究了该梯度复合膜层的结构与腐蚀性能。结果表明：在海水中,Cr含量为43.05%的梯度复合膜层 (S2样品),其低频端阻抗值、容抗弧半径、最大相位角、电荷转移电阻R_f和腐蚀电位最大,表明其耐腐蚀性能最好。在所研究的范围内,梯度膜层的Ni-Cr-Al-Si表层中[Al]/[Cr]原子比率越大,其耐腐蚀性越好。梯度复合膜层的腐蚀过程主要为点蚀,膜层表面团簇的界面处是点蚀的中心。适当Cr含量的Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si梯度复合膜层具有很好的耐海水腐蚀和导热能力,适合作为海水中使用的Cu换热器表面的防护涂层。

对新型2.25Cr1Mo钢及其焊接接头的应力腐蚀开裂 (SCC) 敏感性进行研究,以评估其在换热管道中的适用性。以1×10^-6/s的应变速率分别在500 ℃/0.1 MPa的空气和水蒸气中进行了慢应变速率拉伸 (SSRT) 实验。通过扫描电镜分析断口、标距表面和横截面的形貌,通过能谱分析确定横截面氧化层的元素分布。结果表明,在500 ℃高温水蒸气中,焊接接头的抗拉强度和延展率低于母材,水蒸气环境下试样的延展率高于空气环境。所有试样均呈现单纯韧性断裂特征和较低的SCC敏感性,开裂仅发生在断口附近的氧化层内而未向基体延伸。此外,经SSRT后焊缝附近未发生开裂,焊接对SCC敏感性的影响不大。

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TiO₂。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。

提出了综合考虑海洋环境温度、海水氧气含量和相对湿度影响的钢质海船腐蚀数学模型,采用有限元方法分析了随机腐蚀对船舶加筋板结构局部承载力以及船体梁总纵极限承载力的影响,揭示了随机腐蚀后的船舶结构极限承载力分布规律。相较于标称海洋环境,海洋环境温度、相对湿度和海水含氧量对船舶结构腐蚀极限承载力有显著影响,且同一年限加筋板和船体梁的极限承载力服从正态分布。

采用周期浸润腐蚀实验方法,结合锈层形貌与成分分析、基体腐蚀形貌观察以及腐蚀速率分析,研究了Q690qE高强耐候桥梁钢在模拟滨海工业环境中的腐蚀行为与规律。结果表明,Q690qE钢在模拟滨海工业环境中易形成致密锈层,具有一定保护作用,但锈层中没有Ni、Cr等合金元素的富集,且锈层底部存在Cl^-的富集和FeSO₄的沉积,导致Q690qE钢存在较高的腐蚀速率,且基体表面出现明显的点蚀坑,通过幂指数拟合显示腐蚀深度与腐蚀时间呈现D=0.019·t^0.7的幂函数关系。

为研究Q690高强钢对接焊缝在海洋浪溅区的腐蚀特性,进行室内加速腐蚀实验,通过对不同周期下的表面宏观与微观腐蚀形貌的观察以及质量损失率、蚀坑尺寸和腐蚀速率等参数的测定,分析了试件损伤程度随腐蚀周期的变化规律。结果表明：随着腐蚀周期增加,金属光泽逐渐变暗,焊缝连接处分布较多锈蚀物,质地较为疏松,局部区域存在剥落现象；当腐蚀100 d后,试件质量损失率为8.46%。根据激光扫描共聚焦显微镜分析结果可知,表面堆积物能够抑制腐蚀沿深度方向延伸,腐蚀过程是由针状点蚀逐渐向坑蚀过渡,焊缝区、热影响区的蚀坑平均深度分别约为311.01和333.24 μm。研究结果对于海洋环境下国产高强钢耐久性评估具有重要意义。

测试了Sanicro 25钢表面涂覆煤灰后在650 和700 ℃下高硫煤灰/模拟烟气环境中的高温腐蚀动力学,并通过 SEM、EDS和XRD等对腐蚀产物的微观形貌、元素分布及物相组成进行分析。结果表明：Sanicro 25钢的腐蚀速率随着温度的升高而加快；650 ℃时试样表面生成了较完整、致密的保护性氧化层,合金具有良好的耐蚀性,腐蚀产物相主要为Cr₂O₃和Fe₂O₃；700 ℃时发生一定程度的热腐蚀,腐蚀过程分为高温氧化阶段和氧化膜被熔融硫酸盐破坏加速腐蚀阶段,腐蚀产物大量剥落,有明显失重。

对在900、1000、1100、1200和1300 ℃下预腐蚀0.5 h的Gd₂Zr₂O₇陶瓷进行了1250 ℃下3 h的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ (CMAS) 热腐蚀实验,利用XRD、SEM以及EDS等手段表征了腐蚀产物和腐蚀深度。实验表明,在1100 ℃下预腐蚀0.5 h之后的Gd₂Zr₂O₇抗CMAS性能有效提高。1250 ℃下CMAS腐蚀3 h后,腐蚀深度为39.46 μm；CMAS腐蚀10 h后,腐蚀深度为70.49 μm。高温下,预腐蚀后的Gd₂Zr₂O₇时与熔融的CMAS相互反应,形成致密的富磷灰石相 (Ca₂Gd₈(SiO₄)₆O₂) 上反应层,能够有效抑制CMAS的进一步渗透。

采用金相显微镜、扫描电镜、电化学工作站和化学浸泡腐蚀等手段,研究了RE含量和冷轧+退火处理对Al-Mn-RE合金显微组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明,Al-Mn-xRE合金中可见尺寸不等、形状不规则的共晶相；添加不同含量RE后,共晶硅数量有所增多,长条状共晶组织有所细化并逐渐转变为球状或者短棒状；当RE含量达到0.25%及以上时,合金中共晶组织开始粗化；随着含量增加,Al-Mn-xRE合金的腐蚀电位和孔蚀电位都呈现先正向移动而后负向移动、腐蚀电流密度先减小而后增大趋势；在含量为0.18%时腐蚀电位和孔蚀电位取得最大值,具有最佳的耐腐蚀性能。Al-Mn-0.18RE合金的腐蚀电位和孔蚀电位从高至低顺序都为：均匀化态>冷轧+325 ℃退火态>轧制态>冷轧+475 ℃退火态；随着RE含量的增加,冷轧+325 ℃退火态Al-Mn-xRE合金的腐蚀速率呈现先减小而后增加的趋势,在RE含量为0.18%时取得最小值。轧制后Al-Mn-0.18RE合金的耐腐蚀性能相较于均匀化态有所降低,但后续325 ℃稳定化退火处理可以改善合金的耐蚀性能。

针对某油田轻烃站再生塔底重沸器管束及管板的严重刺漏问题,通过现场服役工况、生产工艺相关信息的调研分析,并结合电化学评价方法,剖析并明确重沸器内腐蚀问题的诱因、机制及影响因素；同时,提出了切实可行的应对措施,最大程度地确保设备平稳、长期安全运行。

研究了高温微波加热改性后的埃洛石纳米管在装载金属缓蚀剂苯并三氮唑后,利用超声波振荡法分散,用差热分析测定样品的装载量,采用扫描电镜对涂层的表面形貌进行观察,采用电化学阻抗方法对涂层腐蚀性能进行测试。结果表明,改性之后纳米埃洛石的表面形貌呈现破碎的管状结构的聚合体,超声震荡8 h具有最好的担载效果,苯并三氮唑负载在纳米埃洛石中形成的环氧涂层具有良好的保护金属材料的作用。