镁合金表面腐蚀防护技术研究进展

镁合金较差的耐腐蚀性能限制了其大规模应用。利用表面腐蚀防护技术可以有效改善镁合金的耐蚀性能,延长镁合金的服役寿命。因此,可靠的表面腐蚀防护技术是突破镁合金应用瓶颈的关键。从镁合金表面腐蚀防护技术的分类入手,阐述了各种防护技术的基本原理。在此基础上,综述了近年来镁合金腐蚀防护技术的研究进展,包括电化学方法、化学方法及其他表面腐蚀防护方法等,阐明了各种技术的优缺点及适用范围,并对镁合金表面防护技术的发展趋势进行了展望。经过多年的发展,镁合金表面防护技术的理论研究和应用日臻完善,现有的表面防护方法一定程度上都能为镁合金基体提供腐蚀防护作用。然而,随着镁合金应用范围的扩展,相关结构件常会面临恶劣的服役环境。因此,单一的表面腐蚀防护技术已经很难满足工业领域对镁合金材料的迫切需求,多种表面处理技术联合制备的复合涂层具有广阔的应用前景。镁合金表面防护技术当前正朝着功能化和智能化的复合涂层方向发展,同时对制备工艺的安全环保性也提出了更高要求。未来除了保证高耐蚀性外,开发多功能智能涂层对提升防护层的长效防护能力、拓宽镁合金的应用范围具有重大的现实和长远意义。

Al_(2)O_(3)覆盖层制备工艺对YSZ涂层耐熔盐腐蚀性能的影响

高密度石墨(HDG)由于其良好的抗热震性和高温强度,被认为是极具应用前景的坩埚候选材料之一。然而,熔盐电解法处理乏燃料过程中,高密度石墨坩埚会与高温氯化物熔盐、乏燃料等具有腐蚀性的介质直接接触,从而对坩埚造成腐蚀,影响坩埚的稳定性和使用寿命。坩埚表面等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层被证实具有优异的性能,但是涂层本身所存在的孔洞、裂纹以及液滴等缺陷严重制约了YSZ涂层在高温下的性能。因此,通过密封处理方法来提高涂层的致密度显得尤为迫切。本文利用磁控溅射(PVD)法和金属有机分解(MOD)法在等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层表面制备了Al_(2)O_(3)覆盖层,研究了这两种方法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层对YSZ涂层在NaCl-KCl熔盐中的抗腐蚀性能的影响,并利用SEM、EDS、XRD等对腐蚀前后涂层的形貌以及微观结构进行了详细表征。结果表明:PVD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层主要分布于YSZ涂层表面,使其表面致密度得到一定程度提升,但涂层内部的致密度以及耐蚀性能并没有得到显著提升;MOD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层可有效填充YSZ涂层表面的缺陷,如裂纹、孔洞等;同时MOD前驱体溶液固有的浸润性使得前驱体容易渗透进入涂层内部,进而有效填充YSZ涂层内部的缺陷,从而提高涂层的致密度。以上结果表明,采用MOD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层使YSZ涂层的耐蚀性能得到了显著提升,同时Al_(2)O_(3)覆盖层的存在也有效减少了涂层内部稳定剂的消耗。

聚硅氧烷柔性陶瓷防污涂层的制备及性能

为了解决灰尘等杂质沉积在玻璃表面,影响玻璃的透光率和滋生细菌等问题。以甲基三甲氧基硅烷、正硅酸四乙酯为原料,通过醋酸催化制备了Si-O-Si网络,引入有机聚丙烯酸酯乳液形成基础涂料,以全氟辛基三乙氧基硅烷缩合产物为功能填料(PFTS),在基础涂料中添加功能填料,在玻璃上制备了防污聚硅氧烷涂层(MTAP-F)。系统研究了PFTS添加量对涂层的透光率、防水防油和自清洁性能的影响。氟含量为5.40%的PFTS在MTAP中添加质量为1.5%时,涂层具备良好的透光率,且水和十六烷具备极低的滑动角。此外,该涂层还具备优异的韧性,在塑料基材上形成的涂层,经过100次弯曲循环后,涂层依旧保持完整性和疏水性。PFTS的添加使涂层具有防油性能,油污能够快速从该涂层表面滑落,而不留下痕迹,同时涂层还具备防涂鸦性能,被油墨污染的区域,墨迹能被轻松的擦除。且亲水性和疏水性的污渍都可被水滴带走,涂层还具有优异的自清洁性能。对于一个高层住宅来说,使用该涂料覆盖窗户玻璃有望减少人工清洗次数。

数据驱动的防护涂层霉菌腐蚀效应评估方法研究

提出了一种数据驱动的典型涂层体系的霉菌腐蚀评估模型,突破了现有标准和研究在防护涂层霉菌腐蚀效应评估方面的局限性。首先,建立了涵盖涂层外观和涂层性能的霉菌腐蚀评估指标体系;其次,综合了层次分析法、熵权法和理想解法(TOPSIS法)的优点,建立了基于组合权TOPSIS的防护涂层霉菌腐蚀定量评估模型;最后,结合防护涂层样件在南海岛礁环境条件下的自然环境试验数据,对提出的方法进行算例分析。为防护涂层在霉菌腐蚀条件下的腐蚀程度定量评估提供了一种科学、合理且可行的方法。

可剥离膜的研制和去污实验验证

文章涉及自行研制的可剥离涂料在实验室和现场工程应用中的去污效率。由测试、实验和应用的结果可知 ,这种在基本配方中加入了纳米碳酸钙的可剥离涂料对大部分表面松散型浮尘类污染 (实际遇到的大都是类似污染源 )的去污效率为 80 %～ 90 % 。

用于设备表面放射性去污的可剥离膜研究

研究了一种用于不锈钢设备表面放射性污染去除的乙烯聚合物可剥离膜,讨论了成膜主剂乙烯聚合物浓度、络合剂EDTA-Na-Ca、增稠剂CMC-2Na、增塑剂PEG-200、表面活性剂nmCaCO3以及HCl掺杂量对可剥离膜的物化性质和去污效率等主要性能参数的影响,该可剥离膜成膜干燥时间为8h,对90Sr污染浓度为0.02-0.20Bq/cm2的表面去污效率达80%以上。

离子轰击镀对铀上铝镀层组织及防腐蚀性能的影响

研究了偏压镀、循环氩离子轰击镀和间歇式镀对铀上铝镀层组织及防腐蚀性能的影响 .结果表明 ,3种离子轰击镀方法对铝镀层的组织产生强烈影响 ,且组织的致密程度与其防腐蚀性能呈现了较好的一致性 .在 - 10 0V、- 2 0 0V和 - 5 0 0V偏压条件下 ,镀层组织致密、防腐蚀性好 ;在 - 30 0V偏压下 ,镀层的致密性和防腐蚀性均差 ,未加偏压 (0V)的次之 ;循环氩离子轰击镀和间歇式镀对提高镀层的致密性和防腐蚀性更为显著 .离子轰击镀沉积的铝镀层均可不同程度地为铀提供好的保护效果 .

贫铀表面脉冲电镀镍层的腐蚀机理研究

利用扫描电镜、X射线能谱仪及电化学测试技术对贫铀表面脉冲电镀镍层的腐蚀机理进行了研究。结果表明:在含50μg/g Cl-的KCl溶液中,首先,在铀表面镍镀层的孔隙处发生腐蚀并逐渐扩展到铀/镍界面;腐蚀产物在界面的积累导致镍镀层开裂;镍对铀是一种阴极性镀层,铀镍接触发生电偶腐蚀,镍对铀的保护作用基于镍镀层对腐蚀介质的物理屏障,提高镀层的致密性可改善镍镀层对铀基体的抗腐蚀能力。

脉冲偏压对贫铀表面磁控溅射离子镀铝结合强度的影响

采用磁控溅射离子镀技术在不同偏压下于贫铀表面制备铝镀层,用扫描电镜和俄歇电子能谱仪对镀层形貌和界面元素分布进行分析,用拉伸法对镀层的结合强度进行测定。结果表明:在-900 V脉冲偏压下所得镀层与铀基体结合良好,镀层与基体之间存在较为明显的“伪扩散区”;与直流偏压相比较,脉冲偏压所得镀层结合强度明显增强,镀层的致密性显著改善。

太赫兹波在船舶防护涂层系统的传播特性研究

基于有限时域差分法研究太赫兹波在船舶防护涂层系统的传播特性。建立了太赫兹波在船舶防护涂层系统的脉冲检测模型,并进行了涂层系统中无缺陷和有缺陷情况的仿真研究。对多层结构涂层中各涂层厚度进行定量分析,并对涂层中存在的气孔、涂层氧化物等缺陷进行诊断分析。仿真结果表明,有限时域差分模型为基于太赫兹脉冲成像的船舶防护涂层系统的无损检测和评估提供理论支撑,有利于提供及时有效的维护措施以及涂层设计具有借鉴作用。

铀表面腐蚀初始阶段的理论模型

本文使用数值模拟方法讨论了铀表面腐蚀初始阶段的氧化物形成过程。这个阶段发生在从清洁的铀表面吸附反应气体后到整个表面被一层氧化物所覆盖的过程之间。对储存在含有腐蚀气体气氛中的铀和铀合金材料,准确了解铀最初开始反应到表面被氧化物完全覆盖的反应速率是非常重要的。本文对该氧化物形成的过程进行了数学推导,讨论了等温情况下的近似分析数学表达式,得到了动力学方程,并与实验结果进行比较,表明理论模型是合理的。

偏压对铀表面多弧离子镀Ti/TiN多层膜的结构及抗腐蚀性能影响研究

在不同偏压下,利用多弧离子镀技术在U和Si基体上制备了Ti/TiN多层薄膜。利用X射线衍射仪和扫描电镜对多层膜的组织结构和薄膜界面形貌进行了分析。研究表明:脉冲偏压不但影响多层膜物相各衍射峰的强度,还诱导新相Ti2N的出现。制备的多层膜呈"犬牙"交错的层状、柱状结构生长。随脉冲偏压的增加,柱状晶结构细化,薄膜变得更加致密。通过50μg/g Cl-溶液腐蚀研究表明:Ti/TiN多层膜提高抗腐蚀性能源于层状失效,使得腐蚀介质到达基体更加困难,抗腐蚀性能优良。

金属铀在水气气氛中加速腐蚀的实验研究

用热重法研究了铀在50～90℃和32%～86%湿度范围的水气气氛中的加速腐蚀,得到了该实验条件下铀的水气腐蚀特性,并对反应的动力学进行了讨论。结果表明:在不同温度、湿度条件下,铀在水气气氛中的腐蚀动力学过程表现为较为明显的3阶段,动力学过程最后为线性反应阶段,该阶段有一稳定的氧化反应速率常数。RH=74.7%时线性反应的活化能约为42.899kJ·mol-1。温度对反应速率的影响明显,温度升高,反应速率加快。

金属铀在CO气氛中表面反应的X射线光电子能谱研究

用Ｘ射线光电子能谱分析研究了金属铀在ＣＯ气氛中２５℃和２００℃时的表面反应。ＣＯ在金属铀表层上的吸附反应导致了Ｕ４ｆ峰向低结合能方向位移，表层氧化物中氧含量减少，Ｏ／Ｕ比值随ＣＯ吸附量的增加而减少。研究结果表明ＣＯ气氛可抑制金属铀表面的进一步氧化。

偏压对铀上磁控溅射铝镀层微结构及残余应力的影响

分别用扫描电镜、X射线衍射仪和应力分析仪研究了5种不同偏压的施加对铀上磁控溅射铝镀层微结构和残余应力的影响。结果表明,偏压强烈影响镀层的组织。-300 V下的组织致密性最差,低偏压下的优于未加偏压(0 V)的;偏压在-200 V及以下时的铝镀层择优取向于(111)低能晶面,高于-200 V时,择优取向由(111)转变为(200)晶面。不同偏压条件下制备的铝镀层的残余应力均较小,为数+MPa量级,但随着偏压的逐渐增加,残余应力由拉应力向压应力转变。

U表面Al及Ti/Al双重镀层的电化学腐蚀行为

采用动电位极化技术和扫描电镜(SEM)对U表面Al及Ti/Al双重镀层在含50μg/g Cl的KCl溶液中的电化学腐蚀行为进行研究。研究结果表明：U表面Al镀层和Ti/Al双重镀层的腐蚀为局部腐蚀,其腐蚀速度明显低于裸体U,镀层能够对U表面提供较好的保护；Al镀层相对U基体为阳极性镀层,能对U基体提供牺牲性保护；Ti镀层相对U基体为阴极性镀层,对U基体的保护是基于镀层对腐蚀介质的物理屏障作用。

海洋环境中自修复涂层研究进展

论述了自修复材料的研究进展,并以自修复诱导方式为依据,概述了机械刺激、热刺激、电刺激、光刺激、pH刺激等自修复方式。综述了海洋环境中水触发型、pH敏感型、磁性梯度型、大尺寸破损修补型等自修复涂层研究进展,总结了每种涂层的自修复机理,展望了海洋环境中自修复涂层的发展方向。

夹带剂对超临界CO_2去除铀表面冷却液粘污的影响

机加工后的铀试样,表面不可避免地残留下影响其腐蚀行为的冷却液粘污。利用含夹带剂的超临界CO2对铀表面机加冷却液粘污进行有效清洗,并利用红外光谱和拉曼光谱对清洗效果进行表征。从初步的实验结果来看,超临界CO2清洗能够去除铀表面大量冷却液粘污;而引入夹带剂甲醇、乙醇后,可进一步提高其清洗效果,且通过红外、拉曼光谱几乎检测不到表面任何冷却液粘污。

电弧离子镀工艺参数对Cr涂层沉积及性能的影响

为研究工艺参数对Cr涂层沉积及性能的影响,采用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备Cr涂层,利用正交试验设计合理的弧电流、偏压、气压试验条件表,重点分析了工艺参数对Cr涂层质量、沉积速率及性能的影响。利用室温拉伸试验测试涂层的膜基协同变形能力,利用1000℃、60 min空气中氧化试验测试Cr涂层的耐高温氧化性能。结果表明:Cr涂层主要以沿锆基体法向择优生长的柱状晶为主,气压对Cr涂层的沉积速率影响最大,弧电流对室温拉伸后涂层表面线状撕裂密度的影响最明显,偏压对Cr涂层的表面粗糙度和耐高温氧化性能影响最大。因此,设计合理的工艺参数,可获得综合性能优异的Cr涂层。

铀表面磁控溅射镍镀层的电化学腐蚀行为研究

采用磁控溅射离子镀膜技术在贫铀表面制备金属镍镀层,利用电化学测试技术研究了镍镀层在Cl-溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:在含50μg/g Cl-的KCl溶液中,镍镀层的腐蚀电位-100.8mV高于贫铀的腐蚀电位-641.2mV,相对于贫铀是阴极性镀层,对贫铀的保护基于对腐蚀介质的物理屏障;镀镍贫铀样品的极化电阻和电化学阻抗幅值远大于贫铀,其腐蚀电流远小于贫铀;约70h的连续腐蚀实验中镍镀层未出现镀层破裂、剥落现象,且腐蚀电位、电流保持稳定。说明镍镀层对贫铀基体具有良好的防腐蚀性能。