提升学生核心能力的专业实验教学改革初探

实验教学是开展创新教育的重要课堂,要提升学生的核心能力,必须正确把握教与学的关系,深入推进启发式教学。材料学科是实践性很强的学科,为了提升学生的实践创新能力,结合本专业学科特点,以“腐蚀与防护专业综合实验”为例,围绕培养学生综合素养、专业核心能力等多层次实验教学目标,进行了实验教学改革,阐述了改革的设计思路及过程实施,将实现学生工程素养和核心能力培养贯穿实验教学全过程,致力于提高人才培养质量。

碳钢在模拟油田采出液中的缝隙腐蚀行为及机理研究

为研究Q235碳钢在不同缝隙宽度和环境温度下的缝隙腐蚀行为和机理,采用丝束电极(WBE)技术和电化学阻抗谱(EIS)技术分别研究了丝束电极的电流密度、极化电阻和腐蚀形貌的差异。结果表明:当缝隙宽度大于0.1 mm时,缝隙腐蚀特征不明显。当缝隙宽度为0.1 mm时,碳钢在25,40,60℃环境下浸泡初期的最大电流密度差值分别为1.24,19.90,7.20μA/cm^(2),浸泡72 h后最大电流密度差值分别仅为浸泡初期的41.9%、4.2%、11.9%。此外缝隙内外均发生电流的极性转换现象,说明Q235碳钢随浸泡时间的延长,逐渐由局部腐蚀向均匀腐蚀转变。升高温度增大了发生缝隙腐蚀的趋势,缝隙外的腐蚀最严重的原因是浸泡时间不够以及溶液电阻降的增加。FeOOH参与阴极反应导致电极由阳极转变为阴极,而金属的溶解反应导致电极阴极向阳极的转换。

微观组织结构对镍基825合金力学性能和硫化物应力腐蚀开裂的影响

目的揭示微观组织结构对镍基825合金硫化物应力腐蚀开裂的影响规律及机理。方法利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)分析了2种镍基825合金的金相组织、夹杂物种类及等级、晶界类型以及残余应变和晶粒尺寸分布。通过显微维氏硬度计评价了合金的力学性能,同时采用氢微印、动态充氢慢应变速率拉伸试验和三点弯曲试验,评估了合金的氢脆倾向和硫化物应力腐蚀开裂敏感性。结果2种镍基825合金的夹杂物均以B类和D类Ti N为主。2种合金中B类夹杂物均以晶界分布为主,D类夹杂物在合金1#中集中分布,在合金2#中随机分布。合金1#中B类夹杂物等级为0.91,D类夹杂物等级为1.4,合金2#中2种夹杂物等级分别为0.54和1.33。氢微印试验发现氢在合金1#的晶内、晶界处均大面积存在,而在合金2#中则分布稀疏。EBSD发现2种合金均为等轴奥氏体,合金1#晶粒尺寸稍大,晶界以随机大角度晶界为主且存在较高的残余应变集中,而合金2#晶粒细小且尺寸分布更均匀,随机大角度晶界和低Σ界面为其主要晶界类型,残余应变分布均匀。合金1#的硬度为184.67HV,屈服强度为285.30 MPa,而合金2#的硬度和屈服强度分别为207.75HV和300.03 MPa。在动态充氢慢应变速率拉伸试验中,2种合金均出现了氢脆倾向,合金1#的断裂延伸率降低了2.6%,而合金2#只降低了1.6%。三点弯曲试验中合金1#表面发生严重均匀腐蚀,出现了以穿晶为主的宏观裂纹,裂纹萌生部位的基体元素显著降低,在其周围还发现了夹杂物及其脱落留下的微孔,而合金2#表面仍有金属光泽,只有微米级的裂纹萌生于应力集中处。结论大量夹杂物的存在降低了合金1#的屈服强度并导致晶界残余应变集中,同时作为有效氢陷阱增加了镍基825合金硫化物应力腐蚀开裂的敏感性。此外,夹杂物与金属基体之间形成微电偶,促进周围金属阳极溶解,进一步增加了合金的开裂敏感性。

依托大精设备开展自研自制,提升学生工程实践能力

大型精密仪器设备是高校从事教学、科研及产品开发的重要条件,充分发挥大精设备的使用效益对于人才培养和科研成果的产出具有重要意义。依托大精设备电化学工作站开展自研自制,利用开放实验指导学生参与设计了"一种可控温的电化学测试电解池"装置,介绍了电解池的研制背景和过程,以及在实验教学和学生培养方面的作用。该电解池的研制,不仅拓展了仪器使用功能,提升了腐蚀实验教学的深度和广度,更是对学生专业核心能力、综合创新能力和应用实践能力的培养都起到了一定的促进作用。

高温高压CO_(2)环境中超级13Cr不锈钢点蚀有限元模拟

采用腐蚀浸泡实验和有限元模拟研究了超级13Cr不锈钢在高温高压CO_(2)环境中的点蚀行为,重点分析了腐蚀时间、温度和CO_(2)分压对点蚀的影响。结果表明:高温高压腐蚀实验与有限元模拟的点蚀深度较为吻合,且平均点蚀深度随着浸泡时间、温度和CO_(2)分压的增大而增大。有限元模拟可知点蚀坑内部由于阳离子水解使得内部酸化,并且pH随着温度降低和CO_(2)分压的增加而下降。此外,点蚀坑内Fe^(2+)浓度随着腐蚀时间的延长和温度的提高而增加,但CO_(2)分压对其影响不大。

Ti对富Fe非等原子比高熵合金组织与性能的影响

在各元素成相作用和降低成本的基础上,利用机械球磨与放电等离子烧结的方法成功制备了一种富铁非等原子比Fe_(45)Cr_(15)Co_(10)Ni_(30)高熵合金。在该合金中通过降低Co和Ni的方式引入Ti元素,并研究了Ti的含量对合金力学性能的影响。结果表明:与Fe_(45)Cr_(15)Co_(10)Ni_(30)合金相比,含Ti的高熵合金出现了富Ti的BCC相;随着Ti含量的增加,FeCrCoNiTi高熵合金的微观组织发生了变化,富Ti的BCC相颗粒变得细小,相的形貌与分布也出现了变化,导致合金的硬度、屈服强度和抗拉强度先升高后降低,应变率逐渐降低,其中Fe_(45)Cr_(15)Co_(6)Ni_(26)Ti_(8)合金的综合性能最好,硬度为(404.2±6.3)HV0.3,屈服强度与抗压强度分别达到最高的(1036±12)MPa和(1883±10)MPa,应变率也维持了较高的水准,为(47.1±3.3)%。

激光淬火对AISI 4130钢微观组织结构及腐蚀、磨损行为的影响机制

为改善AISI 4130钢表面硬度和腐蚀磨损性能,用高功率激光器在AISI 4130钢表面制备淬火层,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究不同功率淬火试样的微观结构,利用电化学工作站分析淬火前后试样的耐蚀性能,利用维氏显微硬度仪对淬火试样截面进行硬度测试,采用往复摩擦磨损试验机,测试不同淬火试样的耐磨损性能。结果表明,激光淬火后AISI 4130钢表面主要为马氏体组织和富Cr碳化物颗粒。基材、2.0 kW淬火试样及2.2 kW淬火试样的维钝电流密度依次为60.00、102.28和108.58μA/cm^(2),淬火试样的耐蚀性降低。激光处理后,淬火层表面硬度提高了85%以上,AISI 4130钢基体与2.0和2.2 kW激光淬火试样的平均摩擦系数分别为0.366、0.293和0.195,摩擦系数下降,淬火试样的耐磨性提高。

时效温度对Monel K500合金微观结构与性能的影响

采用固溶+时效工艺对Monel K500合金进行了时效处理,通过显微硬度和拉伸性能测试,以及OM、SEM、TEM、XRD等分析表征,研究了时效温度对Monel K500合金组织结构以及性能的影响。结果表明,时效处理后形成的多边形TiC颗粒强化相主要分布在晶界处,同时晶界处Al元素含量增多,过饱和固溶体发生脱溶分解,Al、Ti元素以Ni_(3)(Al,Ti)第二相形式析出,合金硬度与强度提高。经电化学腐蚀后,该合金生成腐蚀产物NiO和CuO。随着时效温度的升高,第二相含量逐渐增加,但过高的温度导致第二相长大,故时效温度为560~700℃时,强化效果随着温度升高呈先升高后降低趋势。时效温度为630℃时,合金的硬度(HV)为329.26,强度994.56 MPa,均达到最大值,但耐腐蚀性能在该温度下反而有所降低。

飞机起落架用超高强钢应力腐蚀开裂研究进展

概述了飞机起落架用超高强钢的发展历程,简要介绍了超高强钢应力腐蚀开裂机理和模型,总结了各种应力腐蚀开裂研究手段和氢表征方法及其特点,重点论述了合金成分、微观组织结构、应力和环境等因素对超高强钢应力腐蚀开裂的影响。最后,对该领域今后的研究重点提出了建议。

P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究

目的探究高温高压环境下P110钢在不同冲刷速度和角度下的腐蚀行为规律,揭示其冲刷腐蚀机理,建立腐蚀预测模型,以期指导油气田材料腐蚀防护与腐蚀预测。方法采用电化学工作站和高温高压反应釜,开展高温高压冲刷腐蚀实验。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对冲刷腐蚀前后材料的微观组织结构、化学成分及物相进行表征。此外,通过调研文献数据,基于随机森林(Random Forest,RF)算法构建了P110钢的冲刷腐蚀预测模型,并开展了预测准确性研究。结果在3m/s的冲刷速度下,随着冲刷角度的增加,自腐蚀电流密度由30°的2.19×10^(-4)A/cm^(2)降低到90°的1.449×10^(-4)A/cm^(2)。在30°的冲刷角下,随着冲刷速度的增加,自腐蚀电流密度由0m/s的6.30×10^(-5)A/cm^(2)增加到3 m/s的2.19×10^(-4)A/cm^(2)。腐蚀产物具有双层膜结构,外层主要由FeCO_(3)组成,内层主要为Fe_(2)O_(3)。腐蚀预测模型分析结果表明:温度对P110钢的腐蚀速率影响程度最大,其次是CO_(2)和冲刷速度。结论在高温高压环境下,P110钢能够产生Fe_(2)O_(3)和FeCO_(3)的双层腐蚀产物膜,随着冲刷速度的增加和角度的降低,腐蚀产物膜完整性破坏,腐蚀加剧。腐蚀预测模型具有良好的性能,能够有效预测腐蚀速率。

激光增材制造合金材料残余应力及应力腐蚀研究现状

激光增材制造技术广泛应用于石油化工、航空航天及海洋装备的制造及修复领域。然而,激光增材制造合金材料制备内部由于急热急冷造成的残余应力在苛刻腐蚀环境中服役时,易引起材料的重大应力腐蚀开裂风险。本文首先综述了激光增材制造合金材料中残余应力的产生机理。其次,总结了材料中残余应力的主要测定方法和消除方法。此外,概述了激光增材制造合金材料应力腐蚀开裂的试验方法以及主要机理。最后,基于激光增材制造合金材料残余应力和应力腐蚀开裂的研究现状,总结了该领域目前尚待解决的关键问题及未来的主要发展趋势。