Electrochemical corrosion behavior of arc sprayed Al-Zn-Si-RE coatings on mild steel in 3.5% NaCl solution

Al-Zn-Si-RE coating with high Al content was deposited on mild steel by arc spraying. The electrochemical behavior of Al-Zn-Si-RE coating in 3.5%NaCl solution was systematically studied by potentiodynamic polarization, corrosion potential (φcor ) and electrochemical impedance spectroscopy techniques (EIS). The impedance data were fitted to appropriate equivalent circuits to explain the different electrochemical processes occurring at the electrode-electrolyte interface. The results indicate that Al-Zn-Si-RE coating reveals the similar polarization behavior as Zn-15Al coating. The coating has no passive region in the anodic polarization, but far lower corrosion current and much higher corrosion potential. Al-Zn-Si-RE coating provides effective sacrificial protection for steel substrate and the sacrificial anodic protection plays dominant role during the immersion process. In addition, theφcor evolution and EIS plots indicate that the corrosion process can be divided into five stages: pitting-dissolution-redeposition, activation corrosion, cathodic protection, physical barriers and the coating failure.

电弧喷涂Al-Zn-Si-RE合金涂层与Al-Zn伪合金涂层的耐蚀性能对比

为研究Al-Zn-Si-RE合金涂层和相同Al含量的Al-Zn伪合金涂层耐蚀性能的不同,采用电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了此两种合金涂层。通过盐水全浸实验和电化学测试技术对比研究了两种涂层的耐腐蚀性能,并将两种涂层的极化曲线与纯Zn、纯Al、Zn-15Al合金涂层进行了对比分析。使用扫描电镜、金相显微镜和X-射线衍射仪等手段测试分析了两种合金涂层腐蚀前后的微观组织形貌和相组成。结果表明,Al-Zn-Si-RE合金涂层的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.995V和3.319×10-6 A/cm2,腐蚀电位更正,腐蚀电流密度更低,耐蚀性更好,原因可能是致密的腐蚀产物膜抑制了腐蚀作用;Al-Zn-Si-RE合金涂层与伪合金涂层微观组织成分和相结构的不同引起腐蚀行为的差异,且Al-Zn-Si-RE合金涂层表现出更好的耐盐水腐蚀性能;稀土元素的存在有利于提高Al-Zn-Si-RE合金涂层的耐蚀性。

高温氧化腐蚀对热浸镀Al-Si-RE涂层表面形貌的影响

为满足航空发动机叶片材料1Cr11Ni2W2MoV钢在更加苛刻的使用温度下工作的要求,本试验对其表面进行了热浸镀Al-6%Si-4%RE处理.依据GB/T13303-91标准,在700℃对浸镀件和未镀件进行了5～600h的抗高温氧化腐蚀试验,并绘制了氧化动力学曲线.采用扫描电镜和能谱仪对浸镀件的形貌、组织及成分进行分析.实验结果表明,浸镀件的抗高温氧化性能远优于未镀件,其氧化时主要经历三个阶段,即氧化初期阶段、暂态氧化阶段和稳态氧化阶段.在氧化初期,表面产生不连续的Al2O8膜并没有起到抗高温氧化的作用;暂态阶段,表面形成连续的亚稳态θ-Al2O3膜;稳态阶段,θ-Al2O3发展为具有一定厚度且致密、连续的α-Al2O3膜,对基体具有良好的保护作用,是浸镀件抗高温氧化性的屏障.同时本工作根据氧化动力学曲线交点,提出耐热用热浸镀铝件在使用前需进行扩散退火处理的可行性建议.

Si-RE复合合金化对AZ31镁合金显微组织及力学性能的影响

采用Si-RE元素对AZ31镁合金进行复合微合金化,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及拉伸实验仪等手段研究Si-RE元素对AZ31镁合金的微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,Si-RE复合加入可以明显细化AZ31镁合金的铸态组织,β-Mg17Al12相也由网状分布变为颗粒状,同时生成了短棒状和针状的Mg2Si相及Al11RE3相;合金的综合力学性能显著改善,AZ31+0.4%Si+0.5%RE的强度和延伸率比原始AZ31镁合金分别提高了42MPa和3.9%,试样室温拉伸断口虽然是以解理为主的脆性断裂,但断口中出现了少量的韧窝,解理面也较小。

双重时效的低温形变热处理对Al-Mg-Si-RE合金力学性能的影响

研究了双重时效的低温形变热处理（ＬＴＨＴ）对ＡｌＭｇＳｉＲＥ合金力学性能的影响。双重时效的低温形变热处理使ＡｌＭｇＳｉＲＥ合金获得抗拉强度σｂ＝３５０ＭＰａ，σ０．２＝２９１ＭＰａ和延伸率δ＝６％的最佳综合力学性能。显然用这种处理工艺比用固溶淬火＋时效的普通热处理工艺优越。研究表明，双重时效的低温形变热处理是有效提高ＲＥＡｌ合金强度的一种值得推广的工艺。

电化学方法研究腐蚀介质对热浸镀Al-Zn-Si-RE合金镀层腐蚀行为的影响

为研究腐蚀介质对热浸镀Al-Zn-Si-RE合金镀层腐蚀行为的影响,利用电位-时间曲线、Tafel曲线和电化学阻抗谱技术研究了合金镀层在不同盐度、温度和p H值的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,利用扫描电子显微镜(SEM)观察不同腐蚀介质下极化测试后合金镀层的腐蚀形貌。结果表明:随着NaCl溶液温度或浓度的提高,热浸镀Al-Zn-Si-RE合金镀层均出现腐蚀电位负移、镀层腐蚀倾向增大、腐蚀速率增加、腐蚀抗力降低的现象;此外,酸性和碱性条件均会加快镀层在NaCl溶液中的腐蚀速率,其中镀层在pH值为11.0的碱性条件下,腐蚀电流最大,阻抗谱容抗弧幅值最小,说明镀层腐蚀速率最快,耐蚀性最差。

不同方法制备Al-Zn-Si-RE涂镀层的腐蚀行为和机理对比研究

采用SEM和EDS等手段对比研究了热浸镀和热喷涂两种方法制备的AI-Zn-Si-RE合金涂层的微观组织,采用电化学测试技术研究了两种涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,并讨论了涂层腐蚀机制及不同制备工艺对涂层性能的影响。结果表明:1)热喷涂和热浸镀两种合金涂层都拥有牺牲阳极的保护作用,但热喷涂合金涂层的保护效果更显著。2)当热浸镀及热喷涂涂层表面出现致密的腐蚀生成物时,可以很大程度地提高涂层屏蔽作用。3)阻抗谱演化分析发现,热喷涂涂层存在氧化膜点蚀阶段而热浸镀涂层没有此阶段。随着腐蚀进行,热喷涂涂层表面不断生成腐蚀产物,涂层耐腐蚀性能提高,在试验结束时仍然处于前中期,而热浸镀涂层的低频容抗出现Wurburg扩散阻抗特征,随后涂层基本失去防腐蚀能力。

Al-Si-RE涂层抗高温氧化腐蚀行为分析

为提高直升飞机压气机叶片的高温使用寿命,采用热浸镀工艺对其材料表面进行A l-S i-RE强化处理.氧化实验结果表明:浸镀件的抗高温氧化性是未镀件的1.5倍,其氧化深度为0.011mm/a,具备完全抗氧化性;浸镀件的氧化动力学符合抛物线规律,即氧化时间延长,氧化膜由不完整的A l2O3膜过渡到连续的亚稳态θ-A l2O3膜,最终形成对基体有良好保护作用的α-A l2O3膜.根据氧化动力学曲线在13 h的交点及θ相的存在条件,提出耐热用热浸镀铝件在使用前需进行超过800℃的扩散退火处理.

镀后冷却过程对热浸镀Al-Zn-Mg-Si-Re钢板锌花尺寸的影响

为有效控制热浸镀钢板表面的锌花尺寸,利用相图计算、Ansys-fluent模拟及热力学计算,研究了镀后冷却过程对锌花尺寸的影响。结果表明:在55Al-Zn-1.6Mg-1.5Si-0.08Re合金镀层钢板的镀后冷却凝固过程中,影响Al枝晶生长的关键温度区间为562~386℃;在55Al-Zn-1.6Mg-1.5Si-0.08Re合金的自由凝固过程中未形成表面锌花形貌,表明热浸镀时锌花并非从55Al-Zn-1.6Mg-1.5Si-0.08Re合金表面或内部形核,形核质点位于镀层/钢基体界面的金属间化合物层;在562~386℃温度区间的冷速达到62℃/s以上时,55Al-Zn-1.6Mg-1.5Si-0.08Re镀层锌花尺寸可以达到3 mm以下。

碳钢表面Al-Zn-Si-RE多元合金涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

采用SEM和EDS等手段考察在微观尺度下Al-Zn-Si-RE涂层的结构和成分均匀性,采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了Al-Zn-Si-RE涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,Al-Zn-Si-RE涂层具有典型的片层结构,显著增加了腐蚀介质到达基体的路径,涂层在微观尺度下成分分布均匀,可充分发挥高铝涂层耐蚀性;Al-Zn-Si-RE涂层的腐蚀过程分为4个阶段:浸泡初期涂层表面金属粉的活化腐蚀;第二阶段腐蚀产物在金属粉表面覆盖,显著降低金属粉的溶解速度;第三阶段腐蚀介质渗透到涂层与基体界面,锌铝粉短暂的牺牲阳极保护作用;腐蚀后期,涂层的耐蚀机理主要为腐蚀产物的物理屏蔽作用。腐蚀过程中,涂层的防护机制表现为牺牲阳极的阴极保护和腐蚀产物的屏蔽效应综合作用。

Al-Ti-Si-RE高速电弧喷涂层热震与电化学腐蚀行为

通过对Al-Ti-Si-RE涂层抗热震性能以及热震前后电化学腐蚀行为分析研究,发现Al-Ti-Si-RE涂层在500℃时能够保持良好的抗热震性能,且在热震前后耐电化学腐蚀性能没有明显下降,主要原因是Ti在高速电弧喷涂过程中,与Al结合反应放热,使涂层与基体'冶金结合'部位增多,提高了涂层结合强度。同时经透射电镜(TEM)观察,喷涂层中晶粒尺寸较小,且Al与钛铝金属间化合物具有良好共格关系,降低了Al-Ti-Si-RE涂层开裂敏感度。另外Al-Ti-Si-RE涂层具有发达的'骨架'结构,电化学腐蚀过程中形成的Al氧化物能够有效填充到'骨架'孔隙和热震引起的微裂纹当中,对涂层同时起到'自封闭'与'自修复'作用,使其更加致密并兼具良好抗热震性能与耐电化学腐蚀性能。

新型Al-Mg-Si-RE合金的热变形行为

设计制备了4种不同Mg/Si比并添加稀土元素Ce、Er、Zr和B的新型Al-Mg-Si合金,并研究了其显微组织与导电率及抗拉强度。然后以一种优化成分的Al-Mg-Si-RE合金为研究对象,通过Gleeble-3500热模拟机进行热压缩试验,研究了变形温度为300~450℃,应变速率为0.001~1 s^(-1)时该新型合金的热变形行为。通过试验数据构建该合金的本构方程和热加工图,通过光学显微镜研究显微组织的演变。结果表明,当Mg/Si比为1.4时,该合金具有优异的性能,该合金流变应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。计算得到该合金的热变形激活能为176.188 kJ/mol,所得本构方程对该合金的流变行为具有指导作用。由热加工图可知,该合金适宜在变形温度为300~320℃,应变速率为0.001~0.015 s^(-1)或变形温度为430~450℃,应变速率为0.001 s^(-1)或1 s^(-1)附近的条件下进行热加工。

RE-Si-Al-O玻璃相对高熵稀土双硅酸盐微结构及耐CMAS腐蚀性能的影响

环境障涂层是高功重比航空发动机的关键技术,其目的是阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀,为陶瓷基复合材料热端部件提供有效保护。目前,高熵稀土双硅酸盐((xRE_(1/x))_(2)Si_(2)O_(7))是最具潜力的新一代环境障涂层材料。为了进一步提升高熵稀土双硅酸盐的耐高温(1500℃)CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))腐蚀能力,本工作设计制备了一种新型高熵(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/RE-Si-Al-O(RE=Yb、Y、La)复相陶瓷。结果表明,在复相陶瓷中,RE-Si-Al-O玻璃相不仅能够包裹陶瓷晶粒,而且能够促进稀土双硅酸盐晶粒长大,减少晶界数量,使CMAS熔体的渗入通道数量减少。同时,随着RE-Si-Al-O玻璃相中稀土离子半径增大,玻璃相更易与CMAS熔盐中的Ca^(2+)离子反应,生成磷灰石相,降低CMAS熔体的活性,抑制高温CMAS熔盐对高熵稀土双硅酸盐晶粒的侵蚀,从而提高高熵稀土双硅酸盐的耐高温CMAS腐蚀能力。在1500℃腐蚀48 h后,(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/La-Si-Al-O复相陶瓷表面仍残留CMAS熔盐层,表明该复相陶瓷具有良好的耐高温CMAS腐蚀能力。该复相陶瓷的微结构设计为增强环境障涂层材料在高温CMAS环境下的长期应用提供了一种新的思路。

Cu元素和RE含量对耐热铝硅合金组织及力学性能的影响

过共晶铝硅合金因其优良的耐热性而受到汽车领域的广泛关注,但随着材料服役环境的日益严苛,进一步提升过共晶铝硅合金综合性能至关重要。针对过共晶Al-14Si-xCu-1Ni-0.5Mg-0.5Mn-yRE合金(简称Al-14Si-xCu-1Ni-yRE合金,x=2、3、4,y=0.1、0.3、0.5,质量分数,%),通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸测试等表征手段研究了不同Cu含量和RE(La+Ce混合稀土)含量对T6态合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,Al-14Si-xCu-1Ni-0.5RE合金中富Cu相(如Al_(2)Cu、Al CuNi相等)数量不断增多,特别是当Cu含量添加至4%时,合金中甚至存在大量的长针状AlSiCuNiRE相,从而割裂基体,合金伸长率不断下降,无法满足实际应用需求。当Cu含量为3%时,Al-14Si-3Cu-1Ni-0.5RE合金表现出最佳力学性能,合金的室温抗拉强度为348.2 MPa、高温抗拉强度为180.3 MPa、室温伸长率为1.91%。此外,随着RE含量的不断增加,Al-14Si-3Cu-1Ni-yRE合金中共晶Si的变质效果有所优化,但长针状富RE相也不断增多。当RE含量为0.3%时,Al-14Si-3Cu-1Ni-0.3RE合金的室温抗拉强度、高温抗拉强度和室温伸长率分别达到354.3 MPa、185.5 MPa和2.1%。

高强度灰铸铁新型孕育剂的研究

研究75SiFe和FeSiRE27合金的不同加入量对高强度灰铸铁性能的影响。结果表明:含稀土元素的孕育剂可以降低铸铁的过冷度及形成白口的倾向性,能降低硬度及形成气孔的倾向性,可以提高铸铁的抗拉强度。根据研究成果,熔制了新型Fe-Si-RE合金,用它做孕育剂处理铁液,生产了机床铸件,取得了良好的预期效果。

高能球磨稀土高硅铝合金粉末性能表征

对快速凝固法制备得到的Al-20Si-0．35RE合金进行不同时间的高能球磨，然后对球磨后的粉末进行多次热压变形，采用XRD，ESEM以及TEM等表征变形前后合金粉末的显微组织，并对变形后合金的导电性能进行了研究。研究发现快速凝固Al-20Si-0．35RE合金粉末的显微组织主要由细小的Al-Si固溶体（0．3～0．5μm）、初晶硅、稀土铝硅化合物（0．16～0．3μm）组成；随着球磨时间延长，颗粒粒径显著减小；经过多次热压变形后合金晶粒显著细化，品格畸变减小，位错钉扎稀土化合物，形成类似表面渗流效应，合金导电率提高至70％IACS。

Ca,Si和RE对AZ91合金的组织和性能的影响

Ca ,Si和RE合金化和复合合金化AZ91的研究结果表明 :Ca单独加入合金中和Ca ,Si或Ca,RE同时加入合金中都能明显改善AZ91合金的铸态组织 .Si和RE在合金中以Mg2 Si和Al1 1 RE3颗粒相形式存在 ,而Ca则主要溶解于 β Mg1 7Al1 2 中 ,未形成新相 .DTA分析表明 ,Ca溶入Mg1 7Al1 2 后提高了它的熔点 ,亦即提高了它的热稳定性 .这一点对合金的高温性能十分有益 ,使合金的蠕变性能得到大幅提高 ,性能最好的是含 0 .3 % (指质量分数 ,下同 )的Ca和 2 %的RE的合金 ,它在 2 0 0℃ /5 0MPa下的蠕变速率相对于基体合金AZ91降低了一个数量级 .单独加入Ca对铸态AZ91合金有脆化作用 ,但Ca ,Si或Ca ,RE复合加入则能大幅提高AZ91合金的室温和高温强度 。

钢表面热浸镀Al-Zn-Si合金镀层防腐蚀技术研究

创新性地采用了热浸镀二次助镀工艺,对常用型钢试样表面进行防腐蚀处理,如镀Zn,镀Al-Zn-Si合金,镀Zn-Re及镀Al-Zn-Si-Re合金.对热浸镀处理后的型钢试样进行拉伸试验,对其组织形貌进行观察,对其力学性能进行测试.另外,在实验室条件下进行模拟酸雨试验和盐雾试验,对各类镀层的耐腐蚀性能进行研究,并与工业镀Zn件的耐蚀性进行对比研究,进而对其使用寿命进行预测.结果表明:热浸镀工艺对型钢的力学性能无不利影响,两种镀层防腐蚀性能优秀,Al-Zn-Si合金镀层对钢材表面的防腐蚀性能卓越,而Al-Zn-Si-Re合金的防腐蚀性能更佳.

稀土对过共晶Al-Si合金P变质效果的影响

研究了加入稀土元素La对P变质Al 18Si合金中Si的形态及尺寸的影响 ,结果表明 :稀土元素La的加入优化了P的变质效果 ,在细化初晶Si的同时变质了共晶Si,并且明显减缓了P变质初晶Si的粗化趋势 ,使变质效果至少可维持 6h以上 ,通过扫描电镜测定了稀土元素La在合金中的分布 ,并分析讨论了稀土元素La对P变质效果影响的机理和作用。

静磁场对铝硅合金Na变质处理的影响

分别对亚共晶Al 6Si合金和共晶Al 12 .6Si合金进行Na变质处理,发现对于亚共晶Al 6Si合金,重熔使Na变质失效,而施加静磁场条件下,重熔没有使Na变质失效。对于共晶Al 12 .6Si合金,同样在变质剂反应温度保温2 0min ,施加静磁场的条件下,共晶硅细化,并呈现一定程度的粒状化,其变质效果明显优于不施加静磁场的情况。延长保温时间至40min ,不施加静磁场时出现了变质衰退现象。但在施加静磁场条件下,变质衰退现象相对较轻,即静磁场具有延长变质有效时间的作用。分析认为这是静磁场抑制对流作用的结果。