非晶合金涂层氧化物夹杂相点蚀行为的研究

作     者：李明宇 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王勇

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：非晶合金涂层 氧化物夹杂 点蚀 分子动力学 

摘      要：点蚀破坏具有极大的隐蔽性和突发性,是材料研究中的难点之一。铁基非晶合金涂层具有优异的耐蚀、耐磨性能,在工业上有非常重要的应用前景。但非晶涂层制备时氧化物夹杂缺陷的结构增加了其点蚀敏感性。而非晶亚稳的本性使得点蚀萌生过程的实验研究变得困难,如何采用有效的手段澄清氧化物夹杂相局域溶解在非晶涂层点蚀过程中的作用,对于理解非晶材料的点蚀机理显得尤为重要。本文主要采用宏观实验分析与微观模拟计算相结合的方法。利用活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)工艺制备铁基非晶合金涂层,借助腐蚀电化学测试技术,研究非晶涂层在含Cl和S腐蚀介质中的钝化及点蚀行为。采用分子动力学模拟计算,通过建立侵蚀性阴离子与氧化物表面的吸附模型,分析Cl和S侵蚀性阴离子与非晶涂层氧化物夹杂相之间作用关系,探讨氧化物夹杂相局域溶解和点蚀机理。铁基非晶涂层存在大量的孔隙以及氧化物晶体相。在Na Cl、NaS及其混合溶液中,非晶涂层均发生了明显的点蚀,钝化电流密度随NaS浓度的升高而增大,加入3.5%Na Cl后,NaS浓度的变化对腐蚀影响较小,混合溶液中Cl是影响涂层导致点蚀的主导因素。点蚀主要是由涂层孔隙和氧化物夹杂相引起,钝化膜产物及本身缺陷空位较多,为Cl提供了扩散通道进而导致腐蚀产物下的局部腐蚀。针对非晶涂层中不同价态的Fe、Cr和Mo等氧化物夹杂相,分子动力学模拟计算表明,Cl、S在夹杂相CrO的(001)表面上扩散力最强且吸附能负值最大,Cr的氧化物是易引起非晶涂层点蚀发生的敏感相之一。在混合溶液中,S的加入并没有影响与CrO之间的分子作用力,Cl才是影响与CrO作用强弱的主导因素。S与CrO表面之间主要发生化学吸附,而Cl主要通过渗透机制及与金属氧化物界面发生吸附诱导点蚀的发生。这一结果为铁基非晶涂层的氧化物夹杂相的局域溶解提供有力的理论背景。