海洋工程用铜镍合金的腐蚀与防护研究进展

铜镍合金因具有良好的耐海水腐蚀性能、高的传热系数、优良的抗微生物附着性能和冷热加工性能,被广泛应用于船舶海水冷凝系统、滨海电厂的热交换器等海洋工程领域。本文围绕海洋工程用铜镍合金的腐蚀行为,首先概述了铜镍合金铸态、变形态及热处理的组织结构特点,接着归纳分析了合金元素、温度、pH值和硫离子对铜镍合金耐蚀性的影响,重点综述了合金化法、牺牲阳极法、缓蚀剂法、防腐涂料法和膜技术等铜镍合金耐蚀性的提升方法,最后展望了海洋工程用铜镍合金的发展趋势。

动态人工模拟海水环境下两种B10铜镍合金腐蚀行为

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试并结合XPS测试和SEM/EDS微观表征,通过自制的冲刷腐蚀实验装置研究了两种B10铜镍合金在不同流速和不同时间下的冲刷腐蚀行为,比较了两种铜镍合金在不同冲刷条件下的腐蚀差异。结果表明,两种铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化规律相似,在不同的流速下冲刷2 h后腐蚀速率较高,冲刷8 h后腐蚀速率较低。在低于4 m/s的流速冲刷不同时间后,A合金的耐蚀性整体上高于B合金的耐蚀性;当流速高于3 m/s且较长时间冲刷后,B合金的耐蚀性更好。这与钝化膜中Ni,Fe的化学态无关而与晶粒尺寸和孪晶数量以及Ni,Fe元素的富集有关。长时间高流速冲刷会促进钝化膜中Ni和Fe元素的富集,有利于增强钝化膜的耐蚀性。

浸泡时间对B10铜镍合金钼酸盐转化膜性能的影响

B10铜镍合金具有优异的耐蚀性能和力学性能,因此被广泛应用于海洋工程。但是,由于其服役环境复杂,B10铜镍合金易发生腐蚀而导致泄漏,造成不可挽回的损失。制备了B10铜镍合金表面防腐转化膜,以提高合金表面的耐蚀性能;进行了电化学阻抗、塔菲尔极化曲线(Tafel极化曲线)、扫描电镜与能谱分析,并通过X射线光电子谱(XPS)观察了转化膜的表面覆盖腐蚀产物。结果表明,当B10铜镍合金试样在含钼酸盐的溶液中浸泡120 min时,溶液转移电阻(R_(ct))和膜电阻(R_(p))达到峰值,且缓蚀率高达92.5%;转化膜中含有Cu和Ni的氧化物以及氢氧化物,Mo以+4价和+6价氧化物的形式存在于转化膜中。

放电等离子烧结制备B10铜镍合金及其耐腐蚀性能

为探索高效、简单的铜镍合金制备方法,利用放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)技术制得B10铜镍合金。采用SEM、静态浸泡和电化学站等研究了B10铜镍合金的腐蚀形貌、腐蚀产物成分、电化学阻抗及电位极化曲线。结果表明,SPS技术可制备组织致密、均匀的B10铜镍合金。随着腐蚀时间的增加,腐蚀产物逐渐增多形成一层致密的钝化膜,这层钝化膜可阻碍腐蚀介质进一步侵蚀基体表面。腐蚀产物主要为铜的氧化物、氯化物。结合XRD分析得出腐蚀产物膜为Cu_(2)O和Cu_(2)(OH)_(3)Cl,腐蚀初期腐蚀速率大,随着腐蚀时间延长,低频区容抗弧半径增大,腐蚀电位逐渐增加,电荷转移电阻逐渐增大,表明腐蚀产物膜在不断变厚、变致密,对腐蚀的抑制作用逐渐增强。

空冷器B10铜镍合金管腐蚀穿孔原因分析

某水电机组空气冷却器B10铜镍合金管发生腐蚀穿孔泄漏,采用宏观观察、成分分析、硬度试验、金相检验、扫描电镜、能谱及X射线衍射仪对其失效原因进行了分析。结果表明:合金管腐蚀点内壁有丘状泥垢堆积,泥垢主要由Cu_(2)O和Cu_(2)(CO_(3))(OH)_(2)组成,腐蚀点母材基体出现选择性脱镍腐蚀,形成多孔冰糖状晶间腐蚀形貌,腐蚀向四周不断扩展,产生大量沿晶微裂纹,晶粒逐渐脱落,直至管壁出现穿孔泄漏。建议使用时加强水质控制并定期清洗管束,适当调整介质流速避免出现泥垢沉积。

32寸铜镍合金高颈法兰热挤压成形工艺研究

32寸铜镍合金高颈法兰高度高、底盘大,采用传统锻造后成形工艺材料利用率低;通过分析32寸高颈法兰结构特点,首次提出采用局部镦粗挤压的工艺成形方法,并利用有限元分析软件对法兰成形过程进行了模拟分析,验证了高法兰局部镦粗挤压的可行性;设计配套模具进行试验验证,完成了32寸高颈法兰的试制;大大降低了产品的生产成本,提高材料利用率。

船用铜镍合金变径管分体式成形模具设计及成形工艺研究

针对船用铜镍合金变径管现有压制成形工艺中工装模具较多,制备中需多次换模、成形效率低下的问题,结合现有变径管成形工艺特点,提出变径管分体镶嵌式成形模具及成形方法。以DN80/DN65为研究对象,设计变径管分体镶嵌式成形模具并利用数值模拟方法分析变径管分体镶嵌式模具成形工艺的可行性,制作分体镶嵌式成形模具并进行试验验证。结果表明,采用分体镶嵌式成形模具成形效果良好,变径管性能合格且成形效率提升至83%。

铜镍合金海水腐蚀的表面与界面特征研究

采用金相（ＯＭ）、俄歇（ＡＥＳ）、扫描电镜（ＳＥＭ）及透射电镜（ＴＥＭ）等技术手段对实海暴露试样进行探测分析，揭示了表面膜缺陷（如碳膜）、晶界缺陷（晶界析出物）等加速该合金腐蚀进程的试验现象和内在根据，特别指出影响该合金海水腐蚀产物膜稳定性的主要因素，分析了其中的沿晶扩散及应变诱生调幅分解与沿晶腐蚀、沿晶脆断的相互关系．

B10铜镍合金流动海水冲刷腐蚀电化学行为

采用旋转圆桶冲刷腐蚀试验机,利用多种电化学测试手段,结合表面分析、失重测量研究了B10铜镍合金流动海水冲刷腐蚀、成膜过程和膜层的电化学信息,探讨了流速及腐蚀时间对成膜过程的影响.结果表明,B10合金在0、1、2、3、3.6、4m/s的试验流速海水中的腐蚀速度随着腐蚀时间的变化规律相似,在静止和流动海水中都会生成内、外双层保护性的腐蚀产物膜,随着流速增加,产物膜因受流体力学作用增大而被冲刷削薄;腐蚀反应阳极区随海水流速和时间变化较大,腐蚀受阳极反应和传质过程控制.

钨铜镍合金药型罩研究

提高破甲威力是世界各国都在致力研究的课题。本文对钨铜镍药型罩进行了研究。通过与紫铜罩进行对比试验和射流动态参数的 X光测试 ,得出了钨铜镍合金重金属作为药型罩材料来提高破甲威力是可行的。对于无隔板的聚能装药静破甲试验表明 :破甲威力比紫铜罩提高 38% ,X光照片显示了射流的高延伸性。

铜镍合金BFe30-1-1在流动人工海水中的腐蚀行为

采用旋转圆筒式冲刷腐蚀装置通过多种电化学测试及失重测量研究了铜镍合金BFe3 0 1 1在不同流速人工海水中的腐蚀行为 ,同时应用SEM观察了材料表面的冲刷腐蚀形貌。结果表明 ,在不同流速的人工海水中 ,BFe3 0 1 1腐蚀反应的线性极化常数不同 ,它随流速的增大而增大 ;BFe3 0 1 1在人工海水中膜破裂的临界流速为 3m/s左右。

循环冷却水系统中铜镍合金点腐蚀影响因素分析

以某发电厂凝汽器铜镍合金(BFe30_1_1)点腐蚀失效为例,利用扫描电镜、X射线衍射,分析了在循环冷却水环境中BFe30_1_1铜镍合金发生点腐蚀的形貌和腐蚀产物的组成.通过腐蚀失重法和电化学测试手段,研究了在循环冷却水环境中影响BFe30_1_1铜镍合金点腐蚀的因素并提出相应的防护措施.

铜镍合金为衬底化学气相沉积法制备石墨烯研究

利用磁控双靶共溅射法制备了不同含量的铜镍合金薄膜,利用EDAX对合金薄膜衬底的铜镍配比进行了定量分析。以苯为碳源,选择相同的合金衬底分别在800、600和400℃的温度下使用化学气相沉积法生长石墨烯,对样品进行了拉曼光谱和SEM表征,研究了温度对石墨烯生长的影响。选择不同配比的铜镍合金衬底,在400℃下生长石墨烯,研究了衬底中铜、镍元素不同配比对石墨烯生长的影响。

B30铜镍合金在海水中的电化学行为

B30铜镍合金具有优良的耐海水腐蚀性能,但在海水中形成的表面膜对其自身的电化学行为有影响,过去对此研究不多。采用交流阻抗、线性极化、动电位极化、循环阳极极化等方法研究了B30铜镍合金表面在海水中形成的氧化膜对其自身腐蚀电化学行为的影响,采用原子力显微镜(AFM)对氧化膜的结构进行了分析。结果表明:B30铜镍合金在海水中浸泡72 h后,表面能够生成一层完整致密的氧化膜;表面膜使B30铜镍合金在海水中的阻抗值随浸泡时间的延长先增大后减小,而且能够降低其极化电流密度以及瞬时腐蚀速率;随着浸泡时间的延长,B30铜镍合金在海水中的点蚀倾向加重。

国产B10铜镍合金海水腐蚀行为研究

通过对Ｂ１０铜镍合金（ＣＤＡ７０６）国产管材、板材长期实海暴露腐蚀规律研究，并用金相、扫描电镜（ＳＥＭ）等物理测试方法，分析观察该合金在海水中腐蚀敏感性差异的原因．结果表明，经过４年实海全浸暴露，强度较低的Ｂ１０铜管在厦门站和舟山站腐蚀速度最高，表现为冲击腐蚀和沿晶腐蚀形貌．而强度较高的Ｂ１０板材，其年均腐蚀速度表现出很大的温度敏感性．在榆林站暴露的两种材料局部腐蚀均明显偏高．通过腐蚀形貌观察及腐蚀产物膜分析，发现两种材料的不同腐蚀敏感性行为均是由合金的晶界缺陷所致。并探讨了这种合金具有优良抗污性能的机理．

铜镍合金在我国实海海域的局部腐蚀

研究了B10、B30铜镍合金板材和管材在我国青岛、舟山、厦门和榆林4个海水腐蚀实验站分别暴露1、2、4、8、16 a的局部腐蚀规律。结果表明:全浸区榆林海域、舟山海域和青岛海域均有一定程度的局部腐蚀,其中榆林海域因温度高和海生物附着的共同作用导致铜镍合金的局部腐蚀最严重;而厦门海域对铜镍合金的局部腐蚀有一定的减缓作用,使铜镍合金板材没有局部腐蚀发生;各海域对铜镍合金的腐蚀作用基本均以沿晶腐蚀为主,但程度不同;暴露16 a,在厦门海域B30合金的Ni、Mn和Fe含量比青岛海域和榆林海域B30合金的Ni、Mn和Fe含量高;提高B30合金的耐蚀性,是厦门海域的铜镍合金板材基本不发生局部腐蚀的内在原因。

次磷酸钠化学镀铜镍合金的研究

研究了以次磷酸钠为还原剂的化学镀铜过程。分析了温度、pH、硫酸镍含量对化学镀铜沉积速率的影响及镀层的表面形貌和结构。结果表明,沉积速率随着镀液温度、pH和N i离子浓度的提高而增大。镀层组分含量和XRD实验结果表明镀层为铜镍合金,呈面心立方结构,晶面间距d与晶胞参数a与标准Cu-N i的相比略大。SEM实验表明,镀层表面形貌为团粒状,颗粒大小较不均匀。

B10铜镍合金海水加速腐蚀行为

B10铜镍合金具有优良的耐海水腐蚀性能,为研究其在海水中的腐蚀行为,取厦门天然海水,加入双氧水作为腐蚀加速剂,在室内模拟海水全浸腐蚀实验,采用失重法、电化学阻抗谱(EIS)技术分析B10合金在海水腐蚀中的腐蚀速率随腐蚀时间的变化规律,用不同腐蚀周期的电化学阻抗谱特征来表征工作面积为1cm^2的合金表面氧化膜的生长破坏情况。结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDX)、XPS和拉曼光谱技术分析B10合金表面腐蚀产物膜的成分以及B10合金在海水腐蚀中的腐蚀类型。结果表明,氧化膜的生成与破坏使得合金在海水中的瞬态腐蚀速率呈先减小后增大的趋势,腐蚀产物包含碱式氯化铜Cu_2(OH)_3Cl和氧化亚铜Cu_2O,腐蚀由点蚀开始,逐渐经历了晶间腐蚀-剥蚀。

环境因素对B10铜镍合金耐蚀性的影响

通过环境扫描电镜、扫描探针显微镜、交流阻抗谱、动电位极化测试,考察了温度、pH值、Cl-含量等因素对B10铜镍合金耐海水腐蚀性能的影响。结果表明,在0～60℃范围内,温度升高,B10腐蚀加速;B10在强碱性环境中的腐蚀受到OH-的抑制;Cl-含量升高阻碍氧化膜的生成,降低B10的耐蚀性;海水流速高于3 m/s后,B10耐冲刷腐蚀的能力急剧降低,且含砂海水的冲刷对该材料的破坏作用更为显著。

温度对B30铜镍合金在海水中电化学行为的影响

采用线性极化、动电位极化、交流阻抗、循环阳极极化等测试方法,研究了温度变化对B30铜镍合金在海水中电化学行为的影响。结果表明:随着温度的升高,B30铜镍合金在海水中的腐蚀电流密度增大,生成的表面膜稳定性下降,点蚀倾向加重。