计算化学应用于金属材料腐蚀与防护实验课程

计算化学对材料的设计、研发以及机理的研究具有十分重要的作用,在金属材料腐蚀与防护实验课程中有许多抽象难懂的作用机理。我们可以借助计算化学形象生动的展示作用机理。本论文探究了二硫代水杨酸(DSA)、双(2-氨基苯基)二硫(APD)和2,2’-二苯甲酰氨基二苯二硫(DPD)对铜在硫酸溶液中的缓蚀作用机理。生动有趣的给金属材料方向的学生呈现了缓蚀剂中不同官能团对其缓蚀性能的影响。阐明前线分子轨道(HOMO轨道和LUMO轨道)、Fukui指数与其缓蚀性能之间的关系,并且采用分子动力学模拟探究二硫衍生物中给电子基团和吸电子基团对缓蚀性能的影响。二硫代水杨酸中的羧基属于吸电子基团、双(2-氨基苯基)二硫和2,2’-二苯甲酰氨基二苯二硫的氨基和苯酰胺属于供电子基团。增强学生对科研的兴趣和创新本领,学会利用量子化学计算和分子动力学模拟来处理金属腐蚀防护的相关科研问题。

大型分析检测设备对研究生实践科研创新能力培养探讨——以重庆科技学院为例

研究生的科研能力及创新能力能否跟上时代发展的步伐成为目前高校研究生教育中面临的紧迫问题,大型仪器设备的使用是研究生实践科研创新能力培养的重要途径。结合重庆科技学院实际情况,分析了大型分析检测设备在研究生培养中存在的不足和问题,从多渠道搭建大型分析检测设备共享平台、推动设备开放共享,基于“虚实互补、科教融合”的方式、探索研究生实践教学新模式,多途径建设实验教师队伍,多角度有效提升研究生操作设备能力等方面,对利用大型分析检测设备提高研究生实践科研创新能力进行了探讨。

《电化学保护及设计》课程思政设计与实施

《电化学保护及设计》课程具有较强的工程性,是进行课程思政教育的有效载体。本文从国家战略需求引入、经典人物事迹讲解、典型案例剖析、技术创新需求等四个方面科学设置思政融入点,从优化课程体系、强化教学过程设计、改进教学方法、创新多元考核方式等方面探索思政元素融入课堂教学的有效途径,以实现培养学生创新思维、爱国情怀及工匠精神的课程思政建设目标,发挥课程思政育人作用,以期为新时代高校课程思政教学建设提供有益参考。

新型电解质及添加剂对镁空气电池界面调控研究进展

镁空气电池因其高能量密度和环境友好性而备受关注,但镁阳极/电解质界面存在不可逆的电解-沉积、阳极自腐蚀和氢气析出等问题,严重影响电池的稳定性、安全性、寿命和功率密度。电解质调控是改善阳极/电解质界面的性质进而提高镁空气电池的综合性能的重要手段,综述了最近用于镁空气电池的电解质添加剂及新型电解质的研究和开发进展。电解质添加剂涉及无机、有机和复合型三大类,它们可以抑制阳极腐蚀、增强离子电导率、提高阳极效率等;新型电解质主要包括新型水系电解质和凝胶电解质,前者可以削弱析氢等有害副反应,后者可以规避漏液且具有高离子导电率和较低漏电流等优点。未来开发更多新型电解质添加剂及新型电解质是提升镁空气电池性能和稳定性的有效途径。

过期医疗药品对镁合金缓蚀作用的电化学研究

为了研究过期医疗药品作为镁合金缓蚀剂的可能性,采用电化学测试技术研究评价了过期医疗药品甘桔冰梅片浓度、温度和浸泡时间对镁合金AZ91D缓蚀行为的影响。结果表明:甘桔冰梅片对AZ91D镁合金具有缓蚀作用且属于阳极型缓蚀剂,与空白镁合金相比,添加甘桔冰梅片后镁合金的腐蚀电位正移接近100 mV,腐蚀电流密度从1.36×10^(-5)A/cm^(2)降低到1.06×10^(-6)A/cm^(2)。随着甘桔冰梅片浓度的增加,AZ91D镁合金的交流阻抗值呈现先增加后减少的趋势;而随着温度的增加,镁合金交流阻抗值逐渐减小;随着浸泡时间的延长,缓蚀性能逐渐增强。在缓蚀剂浓度1.00 g/L、温度为20℃时,甘桔冰梅片缓蚀率最高可达84.90%。

组分调控对铁基非晶软磁合金耐蚀性能的影响

在恶劣的环境中,铁基非晶软磁合金会发生腐蚀,进而影响其功用,而元素成分调控是改善其耐蚀性最直接有效的手段。Cr的引入可在非晶软磁合金表面形成铬氧化膜而抑制腐蚀;Nb的存在可导致软磁合金表面形成n型半导体型Nb氧化膜,且与基体元素间存在协同耐蚀效应;Ni可使软磁合金出现显著自发钝化特性;Si可形成硅酸盐钝化膜,拓宽稳定钝化范围;P则促进合金成分均匀性,形成更均匀更稳定磷铁化合物钝化层,且可加快非晶表面的活性溶解,加速表面特定成分的氧化膜形成。Mo可促进含Cr非晶软磁合金表面膜Cr富集,加速Cr氢氧化物钝化膜的形成;Cu可增加Fe的析出,抑制非铁磁性相的形成,降低合金平均晶粒尺寸而提高耐蚀性。此外,在铁基非晶软磁合金中同时引入多种元素时,这些元素会互相作用,进而协同影响软磁合金的耐蚀性能。

钢铁表面纯锆盐转化膜技术研究现状与进展

锆盐转化膜技术是一种十分重要的环境友好型钢铁表面处理技术,有望完全取代磷酸盐和铬酸盐转化技术。锆盐转化膜的耐蚀性与磷酸盐和铬酸盐转化膜接近,对有机涂层和钢铁基体有着优异的附着力。从纯锆盐转化基本原理、锆盐体系选择、制备方法、转化工艺参数控制、膜层形貌与结构、膜层耐蚀行为、膜层与后续涂层的附着力等方面,对国内外钢铁表面纯锆盐转化膜技术的研究进展和成果进行了综述。纯锆盐转化技术采用的转化液以氟锆酸及其盐为主,制备方法主要是浸渍法。为了获得质量稳定的纯锆盐转化膜,需要控制工艺参数:Zr^(4+)体积分数3%~5%,pH值3.5~4.5,转化时间90 s左右,温度20~35℃。锆盐转化膜一般为100~350 nm厚的双层结构,由纳米颗粒、小结节和聚集体构成,这种结构发挥的锚固作用会显著增加基体与后续涂层的结合强度。但是,锆盐转化成膜机理不够成熟,工艺欠稳定,在实际工业生产应用中仍面临挑战。所以,成膜机制和工艺稳定性的深入探究是未来锆盐转化膜的重点研究方向。

Cu/Fe双电极原电池对环境敏感性的研究

基于大气腐蚀监测仪(ACM)仍是研究金属大气腐蚀的主要电化学手段之一,讨论了ACM所用传感系统(即Cu/Fe双电极原电池)的绝缘膜厚度对试验可靠性的影响,并着重研究了Cu/Fe原电池对温度、湿度、盐类沉降以及实际户外暴露大气环境的敏感性,为采用ACM进行大气腐蚀研究提供参考信息。

材料类专业实验室建设与管理探讨

结合重庆科技大学冶金与材料工程学院的实验室建设现状,分析了实验室存在的主要问题,建立了材料组织结构分析实验室、材料力学性能实验室、材料物理性能实验室和热处理实验室4个公共实验室,采取公共实验室与专业实验室相结合的管理模式,提高材料类专业实验室的建设和管理水平。

用大气腐蚀监测技术研究A3钢的室内加速腐蚀行为

采用大气腐蚀监测(ACM)技术结合传统的失重法研究了A3钢在中性盐雾加速腐蚀试验和凝露状态下SO2气体加速腐蚀试验下的腐蚀行为及规律,并探讨了两种方法的相关性。结果表明:ACM技术与失重法间的相关性良好,ACM技术在某种程度上可替代失重法作为研究A3钢室内加速腐蚀行为及规律的有效、方便、快捷的手段。

金属材料工程专业表面工程方向实践教学体系及内容分析

结合高校实践教学体系和实践教学内容方面普遍存在的问题,分析了本校金属材料工程专业表面方向的教学实际问题,为完善表面方向教学体系和内容提出建议,为本专业开展卓越工程师教育工作提供参考。

涂装实验教学课程建设研究

分析重庆科技学院涂装实验课程教学中存在的一系列问题,提出了相应的改革措施:优化实验教学内容,加强实验教材编写;创新实验教学方法,增大实验室开放力度;建立侧重能力、兼顾实验态度的考核制度;打造一支高素质技能型的实验教师队伍。从而为本科涂装实验教学的顺利开展以及培养学生的理论与实践结合的能力、动手操作能力、分析问题和解决问题的能力提供保障。

阳极氧化铝基光学压强传感涂层的制备及其性能

光学压强传感涂料压力测量技术具有可连续、准确、定量获取表面压力分布,不影响表面流场,空间解析度高等优点,目前国内少有研究。通过二次阳极氧化法制备了阳极氧化铝膜层作为压强传感涂料的载体,通过有机方法合成了四苯基卟啉镁作为发光体,并通过浸渍方法制备出多孔氧化铝基压强传感涂层。对所得的氧化铝膜的表面形貌和XRD物相分析表明,氧化铝膜层排列有序,分布均匀,孔径大小一致,约为100～120 nm;通过紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对合成的四苯基卟啉镁进行吸收和发射光谱分析,确定了其激发光波长为560 nm;对该多孔氧化铝基光学压强传感涂层的压敏性能测试表明:多孔氧化铝载体使发光分子均匀地分布于整个涂层中,降低了双位猝灭现象的发生,涂层的压敏灵敏度A值约为0.3。

光学压敏涂料基质的研究进展

光学压敏涂料的基质对其压敏性能有着重要作用,将光学压敏涂料的基质分为传统聚合物载体(包括硅胶、溶胶-凝胶膜、硅橡胶等)和新型载体(包括薄层色谱板、阳极氧化铝、聚合物/陶瓷、硅纳米棒、新型聚合物载体等)2个重要发展阶段进行了总结和比较,以此为该类涂料的研究和制备提供一定的参考作用。

镍基合金G3在高含H_2S和CO_2环境中的腐蚀行为

采用高温高压模拟腐蚀试验、动电位扫描技术和X射线光电子能谱仪(XPS)等手段研究了镍基合金G3在高含H2S和CO2腐蚀环境中的腐蚀行为。结果表明,在高温高压(90℃,32 MPa,pH2S为3.4 MPa,体积分数10.49%,pCO2为3.3MPa,体积分数为10.41%)的模拟气田采出液中,镍基合金G3发生了明显腐蚀,腐蚀产物由片状晶粒构成;在含50%H2S气田采出水中加入CO2促进了合金的腐蚀,当CO2的体积分数进一步提高到50%,合金点蚀敏感性下降;在50%H2S和50%CO2环境中,Cl-提高了合金点蚀敏感性,同时高浓度Cl-破坏了合金钝化膜自修复能力,G3在该腐蚀环境中形成的钝化膜由Cr2S3,Cr2O3,FeS,Fe2O3,Ni(OH)2和MoO3等组成。随着使用环境条件的恶化,合金钝化膜遭到破坏,腐蚀加速。

CO_2–H_2S环境下钻杆腐蚀机理与防护技术的研究进展

综述了油气钻杆在CO_2与H_2S单独作用及其共同作用三种体系下的腐蚀行为、类型和机理。论述了在CO_2–H_2S共存腐蚀环境下注缓蚀剂技术、耐腐蚀合金钻杆技术、钻杆内表面耐腐蚀涂层技术以及钻杆表面耐腐蚀镀层技术等油气钻杆防护技术的应用,并评价了不同防护技术的优缺点。指出了目前油气钻杆抗CO_2–H_2S共存腐蚀的局限性,展望了相应防护技术的发展方向。

H_2S/CO_2环境中CO_2,pH值和Cl^-对P110套管钢电化学腐蚀的影响

针对目前高含H2S和CO2环境井下管材电化学腐蚀研究不深入的现状,采用动电位扫描技术分析了在H2S/CO2环境中环境腐蚀影响因素(CO2,pH值和Cl-)对P110套管钢电化学腐蚀行为的影响。在溶解H2S和CO2且pH=2.7的含Cl-溶液中,当混合气体中CO2含量分别为17%,34%,50%时,腐蚀电流密度(Jcorr)分别为0.32849,0.29573,0.23709mA/cm2,在含50%H2S环境中,腐蚀电流密度为0.27289mA/cm2。与单一含H2S腐蚀环境相比,在酸性环境中CO2促进金属腐蚀,而在近中性环境中,CO2抑制金属腐蚀。在含Cl-溶液中,pH值降低,Jcorr增加,而在不含Cl-溶液中,pH值降低,Jcorr降低。在pH=2.7的溶液中,当Cl-存在时,Jcorr提高;而在pH=5.9溶液中,当Cl-存在时Jcorr降低。

高含H_2S环境中CO_2对P110套管钢氢脆腐蚀行为的影响

通过溶液浸泡、恒载荷硫化物应力腐蚀开裂(SSC)、电化学氢渗透等实验方法分别分析API-P110套管钢在高含50%H2S和50%CO2的酸性溶液中和在高含50%H2S酸性溶液中氢脆腐蚀行为,探讨了CO2对套管钢氢脆腐蚀行为的影响。与未经过腐蚀试样相比,在H2S与CO2共存环境中和在H2S腐蚀环境中P110套管钢的强度(抗拉强度(bσ)和屈服强度(sσ))和延伸率(δ)下降,发生晶间断裂。与单一H2S环境相比,在H2S和CO2共存环境中钢的强度和延伸率下降程度较小、脆化率小、SSC敏感性低、氢渗透速率(J)小。在不同腐蚀环境中钢的氢渗透电流密度(J)都呈现随时间(t)延长急剧增加到峰值,然后缓慢下降直到出现稳态。在高含H2S腐蚀环境中,CO2提高了腐蚀产物膜的致密性,降低了膜中FexSy含量,减少了钢的氢原子渗透量,从而降低钢的氢脆敏感性。

42CrMo钢在氯离子溶液中的腐蚀行为研究

目的通过研究42CrMo钻具用钢在常温下不同Cl^-浓度溶液中的腐蚀行为,为其腐蚀速率的预测奠定一定基础。方法采用浸泡实验、电化学测试技术研究42CrMo在不同浓度NaCl溶液中的平均腐蚀速率和电化学特性,并结合SEM扫描电镜对浸泡58 h后的挂片试样进行分析。结果浸泡实验分析表明,当Cl^-达到60 g/L时,42CrMo钢的腐蚀速率达到最大值,为0.124 g/(m^2·h);当Cl^-浓度继续增大时,腐蚀速率随Cl^-浓度的增加而逐渐减小。开路电位Eocp分析表明,随着Cl^-浓度的增加,Eocp总体呈现下降趋势,显示出较大的腐蚀倾向性。极化曲线分析表明,阴极极化曲线的斜率明显比阳极大,并且自腐蚀电流密度在60 g/L Cl^-溶液中达到最大值,为5.952 35μA/cm^2。腐蚀形貌研究表明,42CrMo浸泡58 h后,表面的腐蚀产物分布并不均匀,均发生了局部点蚀现象。结论随着Cl^-浓度的不断增大,42CrMo钢的平均腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,且在Cl^-为60 g/L时,平均腐蚀速率最大。42CrMo钢在静态常温下高Cl^-浓度溶液中以局部点蚀为主,其电化学腐蚀过程主要受阴极去氧极化的控制。

我国大气腐蚀研究进展

总结了近几年来我国在大气腐蚀方面的研究现状和进展,尤其是国产、常用、量大、面广的4大类材料在我国9类主要典型大气环境下的腐蚀数据;各类典型材料在典型环境下的大气腐蚀行为规律;大气环境因素对材料大气腐蚀的影响;碳钢、低合金钢大气腐蚀行为预测。特别是在根据8年试验结果所总结出的大气腐蚀速度与试验时间之间具有幂函数关系的基础上,又进一步建立了腐蚀速度与合金元素之间的数学模型关系;探讨了采用ACM技术评估大气腐蚀严酷性;初步建立了大气腐蚀数据库,并进一步采用计算机发展网络查询服务系统,实现科学数据共享;经过20余年的研究,撰写并出版了中国材料自然环境腐蚀专著中的大气腐蚀篇,研制和生产了经济耐候钢。