复杂管道浓差腐蚀机制深入分析

在关于管道的流动加速腐蚀研究中,浓差腐蚀这一机制一直被忽视,这是因为这种腐蚀的出现需要一定的条件,即流体中的氧的分布存在较大的差异。为了揭示这种机制的腐蚀过程,本文以复杂形状管道为例,采用数值模拟技术建立了关于浓差腐蚀的数学模型。将管道壁面附近的流体粘性底层作为研究对象,对其进行离散化处理,然后根据基尔霍夫第二定律建立了关于极化后的腐蚀电流的离散方程组,并对其进行求解,得到了浓差腐蚀条件下,离子导电层的电流分布。结果表明:浓差腐蚀会引起腐蚀电流的极大的改变,使管路各部位的腐蚀情况有所改变,如果不考虑浓差腐蚀,对管路的腐蚀情况会产生错误判断。

深海静水压力对环氧涂层/907A低合金钢体系失效行为的影响

目的探究深海静水压力作为单一因素影响涂层/金属体系的失效过程。方法在深海环境模拟实验装置中开展环氧涂层/907A低合金钢体系的浸泡实验,从电化学阻抗谱、涂层湿附着力、涂层微观形貌及其化学结构等方面分析涂层的失效机理。结果当静水压力为0.1 MPa和15 MPa时,涂层阻抗值分别下降至3.83×10^(6)Ω·cm^(2)和6.28×104Ω·cm^(2),涂层湿附着力分别下降至2.76 MPa和2.31 MPa。在不同静水压力下,水在涂层中的前期扩散形式均符合Fick扩散定律,而涂层下水的扩散系数从1.05×10^(-9) cm^(2)/s增加至2.39×10^(-9) cm^(2)/s。随着静水压力的升高,环氧涂层表面的孔隙以及裂纹不断发展并出现了鼓泡。在静水压力为0.1 MPa条件下腐蚀产物以γ-FeOOH为主,静水压力升高后腐蚀产物Fe_(3)O_(4)含量明显增加,除锈后的腐蚀坑直径由15μm增加至25μm。结论高静水压力可以加速腐蚀性介质向涂层内部以及涂层/金属界面的渗透,涂层湿附着力迅速下降,涂层失效更加严重。高静水压力能够促进腐蚀产物中高电化学活性Fe_(3)O_(4)的生成。此外,静水压力下涂层失效的主要原因是物理结构受到破坏。

局部宽浅型蚀坑的简化表征形式研究

为评估24个钢材试件上局部宽浅型蚀坑的合理简化形式,分别选取半椭球体、球冠形两种常用的简化表征方法,先推导了蚀坑的体积、横断面轮廓线曲率半径计算式;再分析电化学加速锈蚀试验误差,对比4个典型坑蚀钢材试件单轴拉伸有限元分析结果与其实际疲劳断裂情况。结果表明,在一定的通电时间下,与由法拉第定律计算的预定锈损体积相比,由实测蚀坑尺寸得到的半椭球体蚀坑体积最大偏差达到53.2%,平均偏差为20.26%;而球冠形蚀坑体积最大偏差仅32.3%,平均偏差为12.8%;半椭球体蚀坑最大应力点位于蚀坑口边缘;而球冠形蚀坑最大应力点大部分位于坑底,仅深径比较大时位于坑底与坑口连线上偏向坑口的三分点附近,所指示的危险区域与试件疲劳断裂过程中主裂纹萌生位置吻合得更好。两种简化形式下,试件上蚀坑体积、横断面轮廓线曲率半径差异随深径比减小而增大,其中后者相对偏差可达90%以上,是造成应力分布差别较大的主要原因。

一起锅炉烟管腐蚀穿孔事故原因分析

某酒店的WNS型燃气锅炉烟管发生了腐蚀穿孔泄漏,向工作人员了解到该锅炉常年在运行与备用交替状态,停炉期间加药泵也持续不断地向炉内加药。对锅炉进行了水质检测分析虽然水质符合标准,但是锅炉依旧有水垢生成;对样管进行了显微组织金相分析显示管材球化2级;对腐蚀产物进行射线能谱仪测试分析,发现腐蚀产物以Fe、O为主,同时存在Si、Ca、Mg、Cl、S、P成分。通过腐蚀机理分析得出该锅炉烟管水侧腐蚀为局部电化学腐蚀,金属腐蚀类型为氧腐蚀和介质浓缩碱腐蚀。给水中过量加药造成介质浓缩碱腐蚀,锅水未进行有效除氧产生氧腐蚀,锅水中Cl^(-)在薄弱的氧化膜上产生小孔腐蚀,钢材中夹杂的硫化物加快了腐蚀速度,从而引发烟管腐蚀穿孔。

晶体结构对316不锈钢腐蚀影响的第一性原理研究

316不锈钢的耐腐蚀问题是研究者关注的热点之一。基于密度泛函理论第一性原理,运用Materials Studio软件中CASTEP模块,对316不锈钢的晶体(奥氏体、铁素体、渗碳体和Fe合金)进行总能量和电子结构模拟计算,考察晶胞总能量、能带结构及电子态密度对316不锈钢腐蚀性能的影响。晶胞总能量计算结果表明,渗碳体和Fe合金的晶胞总能量最小,其次是奥氏体,最后为铁素体。说明,316不锈钢中渗碳体和Fe合金的性质最稳定、抗腐蚀性能最好,而铁素体的抗腐蚀性最差。随着316不锈钢中Cr含量增加,晶胞总能量逐渐减小,各相态晶体结构的稳定性逐渐变强。说明,当受到腐蚀介质侵蚀时,增加Cr的含量可提高316不锈钢的稳定性和耐腐蚀性。能带图和电子态密度结果表明,渗碳体和Fe合金的能带宽度小而密集且局域性强,而铁素体能带宽度大且非局域性强。说明,渗碳体和Fe合金的性质更稳定、抗腐蚀性能更好,而奥氏体次之,铁素体抗腐蚀性最差。随着316不锈钢中Cr含量增加,含Cr奥氏体的最大峰值对应的能量越低,区域分布的核外电子数越少。核外电子分布较少,不易失去电子,也不易发生氧化还原反应,结构越稳定。在发生腐蚀过程中,含Cr高的奥氏体结构更稳定,耐腐蚀性能更好,这一结论符合贫铬理论或晶间区偏析杂质理论。

第二相和晶界析出特征对7050铝合金晶间腐蚀性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等技术研究Al-Zn-Mg-Cu系合金不同时效制度下形成的晶界析出特征与含Fe第二相(Al_(7)Cu_(2)Fe相)对晶间腐蚀性能的影响。结果表明:时效24 h后的铝合金试样表面尺寸较大的Al_(7)Cu_(2)Fe相Fe含量的变化率最大,而时效60、120 h的试样表面尺寸较小的Al_(7)Cu_(2)Fe相Fe含量变化率较大;随着时效时间的增长,7050铝合金试样中Al_(7)Cu_(2)Fe相引起表面点蚀的时间缩短,晶间腐蚀深度减小,表明其耐晶间腐蚀性能随时效时间的增长而增强;随着时效时间的增长,试样的晶界无沉淀析出带(precipitation-free zone,PFZ)宽度增大,晶界析出物(grain boundary precipitation,GBPs)的形核数减少,间距增大,容易发生晶间腐蚀的晶粒取向逐渐集中。

S355J0W钢对脱硫弧菌和铜绿假单胞菌腐蚀的抑制机制

微生物腐蚀(MIC)严重威胁着海洋工程设施的可靠性和安全性,制约着海洋经济的发展。钢中添加合金元素是进行海洋MIC防护的重要策略之一。采用表面分析、失重和电化学测试等方法,以EH36钢为对照,探究由多合金元素组成的S355J0W钢对典型海洋腐蚀性微生物(脱硫弧菌和铜绿假单胞菌)腐蚀的抑制机制。结果表明,S355J0W钢具有更优的耐MIC性能。在含脱硫弧菌的厌氧培养基和含铜绿假单胞菌的有氧培养基中,S355J0W钢的MIC速率均明显低于EH36钢。在脱硫弧菌培养基中,S355J0W钢的失重和最大点蚀深度是EH36钢的56%、70%。在铜绿假单胞菌培养基中,S355J0W钢的失重和最大点蚀深度是EH36钢的54%、47%。相较于EH36钢,S355J0W钢含有Cr、Ni、Nb元素和更多的Cu元素。一方面,S355J0W钢中的合金元素使其表面的产物膜更具有保护性(更高的膜电阻值);另一方面,合金元素导致S355J0W钢表面固着的脱硫弧菌和铜绿假单胞菌数量仅是EH36钢的22%、24%。更少的固着细菌数量直接导致更低的胞外电子传递速率,从而降低S355J0W钢的MIC速率。添加耐蚀和抑菌合金元素能够显著提高材料的耐MIC性能,研究结果为海洋MIC机理的探究提供了理论依据,为海洋结构钢MIC防护方法的设计与开发提供了新见解。

出土铁质文物锈蚀形态的原位分析及其机理

利用超景深显微镜、金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、显微拉曼光谱仪等,对六件湖北地区出土铁质文物的锈蚀状况进行了原位分析,以深入研究铁质文物不同锈蚀形态。结果表明,铁质文物的锈蚀形态可分两类:(1)一般铸铁器物的原始形态清晰可辨,其锈层有组织“痕像”残存,其锈蚀产物为铁的氧化物和C;(2)一般熟铁器物的原始形态被锈层破坏,其锈层中无组织“痕像”,其锈蚀产物通常包括α-FeOOH、Fe_(3)O_(4)、α-Fe_(2)O_(3)、β-FeOOH等。铸铁中大量渗碳体和石墨的存在是锈层中残存“痕像”组织,并保持器物原始形态的重要原因。Ⅰ型锈一般保留器物原始形态特征,若为无害锈则予以保留;Ⅱ型锈往往破坏了器物原始表面,导致纹饰器型难辩,即使为无害锈也需适当去除。

Mo含量对自熔性铁基合金组织性能的影响

为提高镀铝锌板生产机组316L沉没辊的耐高温磨损–腐蚀性能,采用激光熔覆技术在316L基体表面制备Fe60涂层和4种含Mo(质量分数为2.5%,5.0%,7.5%,10.0%)的Fe60复合涂层,对不同涂层的物相、微观组织、力学性能、摩擦性能和腐蚀性能进行表征,探究Mo含量对Fe60涂层组织和性能的影响。结果表明:含Mo涂层析出硬质相Fe_(9.7)Mo_(0.3),Mo对Fe60涂层晶粒度和组织缺陷均有影响,随Mo含量的增加,涂层晶粒度和组织缺陷数均先减后增,w(Mo)=5.0%涂层晶粒度最小、组织无缺陷;与Fe60涂层相比,含Mo涂层硬度降低,而耐磨性均有提升,随Mo含量的增加,涂层耐磨性能先增后减,w(Mo)=5.0%涂层磨损失重最低;与Fe60涂层相比,含Mo涂层耐高温铝锌液腐蚀性能均有提升,随Mo含量的增加,涂层腐蚀速率下降,但Mo质量分数超过5%时,涂层腐蚀面存在局部断裂,实际耐腐蚀性能下降。

制备Ti-6Al-4V钛合金表面微纳米结构的工艺优化

采用机械打磨、酸洗和电化学法在Ti-6Al-4V钛合金上制备微纳米孔洞结构,提高钛合金表面粗糙度和孔隙率,以增强钛合金与塑料的界面粘接强度。分析极化曲线确定最佳电解液成分;通过正交实验获得电解液中的硫酸浓度、盐酸浓度、磷酸浓度、电解时间和电解温度的最优工艺参数和粗糙度、孔隙率。结果表明,当硫酸浓度为10%、盐酸浓度为5%、磷酸浓度为0 M、氯化钠浓度为0.04 g/mL、电解时间为20 min、电解温度为50℃时,得到最佳粗糙度为5.32μm,孔隙率为45.18%。该数据也是目前所查找的文献研究中已知最好的结果。

基于仿生蛾眼结构制备减反射微晶玻璃

目的采用湿法刻蚀制备减反射微晶玻璃,分析晶化时间对透过率、反射率和形貌的影响。方法通过熔融法制备得到基础玻璃,调整晶化时间制备得到一系列不同晶粒尺寸(12.2~27.4nm)的微晶玻璃,将制备得到的基础玻璃及不同晶粒尺寸的微晶玻璃放置在配制好的5%(质量分数)HF、2%(质量分数)SiO_(2)、1.5%(质量分数)BaSO_(4)、2%(质量分数)羧甲基纤维素钠、89.5%(质量分数)H_(2)O的刻蚀液中,在25℃条件下,以40 kHz的超声频率双面蚀刻60 min,通过分光光度计测试刻蚀前后样品的透过率和反射率,利用扫描电子显微镜对刻蚀前后样品的表面和断面形貌进行表征。结果基础玻璃在500℃核化230 min,665℃晶化135 min后,制备得到微晶玻璃的晶粒尺寸约为25.1 nm,进一步经过湿法刻蚀后,刻蚀深度约为150 nm,蛾眼玻璃透过率最高为98.02%。结论微晶玻璃经过湿法刻蚀后增透效果明显,对X射线衍射(XRD)、掠入射X射线衍射(GIXRD)、扫描电子显微镜(SEM)的测试结果进行分析可知,微晶玻璃中存在晶体相和残余玻璃相,经过酸蚀处理后,表面能形成以透锂长石晶体和二硅酸锂晶体均匀分布的蛾眼结构,晶体尺寸为12.2~27.4 nm的微晶玻璃进行湿法刻蚀后透过率分布在95.99%~98.02%。

深冷处理对7075-T6铝合金高速切削亚表层微细观演变及腐蚀机理的影响研究

目的探究切削速度对经深冷处理和未经深冷处理的7075-T6铝合金微观组织演变机理和耐腐性的影响。方法选取经深冷处理(T6-C)和未经深冷处理(T6)的7075-T6铝合金进行切削加工,并在3.5%(质量分数)NaCl溶液中进行电化学腐蚀实验。通过透射电镜(TEM)、HRTEM、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学分析,对微观组织演变、表面形貌和耐腐蚀性能进行研究。结果在相同的切削参数下,相较于T6铝合金,T6-C铝合金表现出更小的晶粒尺寸,铝基体中存在更多的析出相——η相MgZn2,且位错密度以及析出相密度更大,无析出晶界带为断续分布。深冷处理和增大切削速度都显著提高了7075-T6铝合金的耐腐蚀性能,且腐蚀形貌存在显著的龟裂现象。通过电化学分析得知,当切削速度为1500 m/min时,与未深冷处理相比,深冷处理后的7075-T6铝合金的电流密度减小了3.24×10^(-6)A/cm^(2),极化电阻增大了1.68×10^(5)Ω·cm^(2),在该参数下表现出较好的耐腐蚀性能。与此同时,随着切削速度的增大,容抗弧半径呈增大的变化趋势,且相较于T6铝合金,T6-C铝合金具有更大的容抗弧半径。结论深冷处理可以有效细化7075-T6铝合金的晶粒结构,进而强化位错密度,从而显著提升该合金的耐腐蚀性能。

腐蚀因素对房屋质量的影响机制及应对策略

通过探讨腐蚀因素对房屋质量的影响机制及应对策略。在海边城市如厦门,腐蚀是一个常见的问题,对房屋的结构安全和使用寿命造成了威胁。提出一个综合性的策略框架,包括预防、控制和修复三个方面,并针对每个方面提出了具体措施。旨在提高房屋的耐久性和安全性,降低腐蚀风险,为居民创造更加舒适和安全的生活环境。

L290输油管道腐蚀穿孔失效分析

某站内管道服役3年后发生穿孔泄漏,通过宏观检验、无损探伤、理化性能测试、扫描电镜及能谱分析等手段研究管道失效的原因。结果表明:泄漏管道各项理化性能均符合技术要求,管道防腐层失效,外壁腐蚀减薄严重;含水含腐蚀性离子的服役环境提供了腐蚀的基本条件,土壤Cl-富集诱发点蚀形成闭塞腐蚀电池,促进了腐蚀坑沿壁厚方向发展直至穿孔。该管道泄漏失效主要是由管道防腐层失效引起的外腐蚀穿孔造成的。

适用于珠光体钢丝微观组织观察的腐蚀剂探索

通过9种腐蚀剂方案的设计、试验,利用金相显微镜观察,研究了不同腐蚀剂对珠光体钢丝的腐蚀效果。结果表明:使用盐酸15 ml+硝酸5 ml+水100 ml,盐酸15 ml+硝酸5 ml+乙醇100 ml,体积分数为10%的盐酸酒精溶液和体积分数为30%的盐酸酒精溶液均可以获得较清晰的金相组织。但综合考虑腐蚀时间和腐蚀效果,推荐使用方案更优的盐酸15 ml+硝酸5 ml+水100 ml腐蚀剂。

台状蚀坑阶梯形貌对锈蚀结构钢应力集中效应的影响

锈蚀结构钢表面蚀坑因生长、连接、叠合等一系列演化行为而发展为具有典型多阶构造的台状蚀坑,此类蚀坑不仅规模较大、形式复杂,还极易引起局部应力集中,造成材料的塑性、韧性降低,严重威胁既有钢结构安全稳定。基于此,通过5组锈蚀钢板表面蚀坑参数统计结果,确定了台状蚀坑参数分布区间和台状蚀坑形貌类型。采用数值分析方法,建立了台状蚀坑损伤三维有限元模型,分别讨论了台状蚀坑体态倾角θ、台阶宽度比R以及台阶宽高比S等对应力集中系数Kt的影响规律。结果表明,Kt随θ的增加呈线性增长,当θ=π/2时,Kt值最大;对于蚀坑总深度与总宽度不变的情况,Kt随着R的减小而增大,当R=0时,Kt达到最大值,即单侧台阶型(R=0~0.1)所引起的应力集中效应最明显,其次为双侧偏台阶型(R=0.1~0.9),双侧等台阶型(R=0.9~1.0)所引起的应力集中效应最小;最后,基于不同台阶宽高比S状态下的台状蚀坑有限元计算结果,结合R与θ对Kt的影响规律,建立了台状蚀坑Kt的综合计算模型。

温度对X65管线钢在含CO_(2)/H_(2)S油田模拟环境中腐蚀行为的影响

为了研究在含CO_(2)/H_(2)S环境中温度对X65管线钢腐蚀的影响,采用高温高压模拟集输管线工况环境进行腐蚀试验和电化学试验,并对X65管线钢在不同温度下的腐蚀行为进行分析。结果表明,随着温度的升高,均匀腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,温度达到80℃时,均匀腐蚀速率达到最大值,为0.4345 mm/a,此时试样表面腐蚀产物较为粗糙,生成腐蚀产物FeCO_(3)和FeS;随着温度的升高,X65管线钢腐蚀逐渐以H_(2)S腐蚀为主,腐蚀电流密度先增加后减小,与失重腐蚀试验结果相符,X65管线钢的容抗弧呈现一个时间常数且半径逐渐减小;在试验温度下试样表面都有CaCO_(3)生成,这可能与溶液中的Ca^(2+)含量高相关。

增材制造316L不锈钢应力腐蚀研究进展

应力腐蚀开裂是不锈钢零部件失效的主要形式之一,是材料力学和腐蚀电化学交叉领域的重要研究方向。与传统工艺制备相比,增材制造技术制备的316L不锈钢内部微观组织复杂,存在增材制造工艺引起的气孔、未熔合区等固有缺陷,导致其应力腐蚀行为更为复杂。本文基于国内外关于增材制造316L不锈钢的研究实例,综述了应力腐蚀行为特征及主控机制,包括氢致开裂和阳极溶解两种应力腐蚀机理、穿晶断裂和沿晶解理两种作用形式,并归纳了孪晶、异种晶相交界处、气孔及未熔合处、元素偏析等组织结构缺陷等对增材制造316L不锈钢应力腐蚀的影响。针对电化学噪声、高分辨中子衍射、三维形貌表征等三种原位测试方法在不锈钢应力腐蚀行为研究方面的现状和技术优势进行了总结。最后提出了高温辐照等严苛环境下的应力腐蚀行为特征研究,以及裂纹尖端应力分配模型及重构准则等增材制造不锈钢应力腐蚀未来的研究方向。

高腐蚀条件下用铝合金材料腐蚀机理

铝合金具有低密度、低熔点、高比强度及优良的耐腐蚀性能等特点,被广泛用于航空航天、建筑、船舶等领域。在服役过程中,铝合金的表层氧化膜易受到环境中活性阴离子的破坏而发生腐蚀,对其性能造成严重的损害,故研究铝合金在高腐蚀性环境的腐蚀行为对工程选材具有非常重要的指导意义。选择6061铝合金、2195铝锂合金和7075铝合金为研究对象,对其在特定腐蚀介质中的腐蚀过程和力学性能进行分析,研究了铝合金在特定腐蚀介质中腐蚀形貌与力学性能的变化规律。结果表明:腐蚀初期,在高Cl^(-)、NO_(3)^(2-)、SO_(4)^(2-)离子浓度的腐蚀环境中,3种铝合金的氧化膜受到阴离子破坏后发生点腐蚀,使基体暴露在腐蚀环境中,进而发生电化学腐蚀,6061铝合金和2195铝锂合金腐蚀方式是由点腐蚀向面腐蚀转变,7075铝合金腐蚀方式为晶间腐蚀;经过腐蚀后6061铝合金能保持稳定的强度和塑性,7075铝合金和2195铝锂合金的强度和塑性都明显降低。

Re基扩散阻挡层对镍基高温合金抗氧化性能影响的研究进展

介绍了镍基高温合金扩散阻挡层(DBC)系统的概念及原理,综述了Re基阻挡层在高温环境中的循环和等温氧化性能。分析表明,Re基阻挡层能有效避免高温涂层中铝元素的贫化,提升合金试样的抗氧化性能。同时,阐述了Re基阻挡层降低二次反应区厚度的机理,即Re基阻挡层通过抑制涂层中铝元素与基体中合金元素的相互扩散,阻止镍基合金中γ/γ′相向β相的转变,从而降低由于相变造成的二次反应区的形成程度。最后,对Re基扩散阻挡层的应用进行了总结与展望。