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金属材料在含氯化物水基环境中的耐腐蚀性能

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第2期32卷 377-410页

作者：张先满陈再雨罗洪峰周腾赵愈亮凌自成海南大学机电工程学院海口570228 东莞理工学院机械工程学院中子散射工程技术中心东莞523808 华北水利水电大学材料学院郑州450045

腐蚀,特别是海洋环境中发生的点蚀,导致材料服役寿命锐减并造成巨大的经济损失甚至环境破坏和灾难事故。在过去的十年中,针对材料在含氯化物水基环境的腐蚀行为开展了大量的研究工作。在此,综述从金属整体材料到包括有机涂层、金属及其... 详细信息

腐蚀,特别是海洋环境中发生的点蚀,导致材料服役寿命锐减并造成巨大的经济损失甚至环境破坏和灾难事故。在过去的十年中,针对材料在含氯化物水基环境的腐蚀行为开展了大量的研究工作。在此,综述从金属整体材料到包括有机涂层、金属及其合金或化合物涂层在内的表面处理的失效机理以及提高材料耐腐蚀性能和耐腐蚀−磨损性能的最新研究进展。其中,重点阐述周期性层片结构(PLSs),该组织无论是存在于金属整体材料或是表面涂层中,不管是在腐蚀或腐蚀−磨损过程中都展现出优越的抗腐蚀性能。基于不同尺寸、不同模型的数值仿真可加深对氯离子环境中的腐蚀或腐蚀−磨损过程的理解,并根据实验结果与数值仿真,着重分析PLSs以微电偶腐蚀占主导的腐蚀机理。总结各种腐蚀−磨损试验设备。展望未来的研究趋势,期待未来能够提供基于防腐蚀方法学设计的PLS的基本应用。

关键词：点蚀氯离子周期性层片结构电偶腐蚀失效机理

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高硼铸钢的研究进展

材料导报 2017年第5期31卷 65-71页

作者：张先满罗洪峰史留勇海南大学机电工程学院海口570228

高硼铸钢是以B为主要合金元素的新型耐磨材料。围绕高硼铸钢组织中的Fe_2B,简单介绍了合金元素对高硼铸钢组织及力学性能的影响。然而,除耐磨以外,高硼铸钢在耐高温熔体(Zn、Al)腐蚀方面也展现出优异的性能。结合笔者已有的研究成果,重... 详细信息

高硼铸钢是以B为主要合金元素的新型耐磨材料。围绕高硼铸钢组织中的Fe_2B,简单介绍了合金元素对高硼铸钢组织及力学性能的影响。然而,除耐磨以外,高硼铸钢在耐高温熔体(Zn、Al)腐蚀方面也展现出优异的性能。结合笔者已有的研究成果,重点介绍了新型高硼铸钢的耐铝液腐蚀及耐铝液腐蚀-磨损性能,硼化物对改善高硼铸钢的耐铝液腐蚀及耐铝液腐蚀-磨损性能起到了非常重要的作用。富Cr和富Mo的Fe_2B在铝液腐蚀过程中表现出不同的行为:富Cr的Fe_2B与铝液反应生成周期性层片结构,而富Mo的Fe_2B则是发生断裂、剥落;在铝液腐蚀-磨损过程中,初生富Cr的Fe_2B发生Fe元素的优先溶解,之后在磨损的作用下开裂、剥落,但相关机理还需深入研究。最后,对高硼铸钢的研究进行了展望。

关键词：高硼铸钢硼化物高温熔体腐蚀腐蚀-磨损

热扩散处理对热浸镀铝Fe−Cr−Si−B铸钢组织演变及腐蚀行为的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第5期33卷 1522-1539页

作者：张先满陈再雨李星涛季坤鹏罗洪峰万耿平杨少锋海南大学机电工程学院海口570228 海南大学分析测试中心海口570228 南京理工大学材料科学与工程学院南京211167

研究热扩散处理对热浸镀铝Fe−Cr−Si−B铸钢镀层组织及在5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为的影响。结果表明:Fe−Cr−Si−B铸钢中的Fe基体与Al液界面反应产物为柱状结构的FeAl3。在(Cr,Fe)2B/Al界面上形成的周期性层片结构是在热扩散处理过... 详细信息

研究热扩散处理对热浸镀铝Fe−Cr−Si−B铸钢镀层组织及在5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为的影响。结果表明:Fe−Cr−Si−B铸钢中的Fe基体与Al液界面反应产物为柱状结构的FeAl3。在(Cr,Fe)2B/Al界面上形成的周期性层片结构是在热扩散处理过程中形成,而非热浸镀铝。在短时间内表面残留Al层主导了热浸镀铝和热扩散处理镀层在NaCl溶液中的腐蚀行为,直到表面残留Al层被完全消耗。Cl−引起的点蚀优先从块状B−Al−Cr相与FeAl3的界面开始,并沿周期性层片结构扩展。硅颗粒作为阴极,促进了镀层的腐蚀。在Fe−Al金属间化合物层被完全腐蚀之前,钢基体都处于阴极保护中。此外,高温NaCl溶液的腐蚀被显著加速。

关键词：热浸镀铝热扩散处理周期性层片结构腐蚀行为阴极保护

耐铝及其合金熔体腐蚀磨损材料的研究进展（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第6期25卷 1715-1731页

作者：张先满陈维平华南理工大学广东省金属新材料制备与成形重点实验室广州510640

铝及其合金熔体引起的腐蚀磨损导致的材料失效是铝工业中一个非常普遍的难题。综述包括铁合金及陶瓷等材料在铝液中的腐蚀磨损行为及在液态金属中的腐蚀-磨损试验设备。在阐述单一的液态金属腐蚀和磨损机理的基础上,分析腐蚀磨损的协同... 详细信息

铝及其合金熔体引起的腐蚀磨损导致的材料失效是铝工业中一个非常普遍的难题。综述包括铁合金及陶瓷等材料在铝液中的腐蚀磨损行为及在液态金属中的腐蚀-磨损试验设备。在阐述单一的液态金属腐蚀和磨损机理的基础上,分析腐蚀磨损的协同效应。综合讨论由于摩擦副旋转导致的铝液动态搅拌、液态铝物理性质以及晶粒尺寸等因素对铝液腐蚀-磨损性能的影响。最后,总结耐铝液腐蚀磨损材料应该具备的基本特征。根据本课题组已有研究成果,特别是Ti Al3/Ti3Al C2/Al2O3这种金属/陶瓷复合材料的优异耐铝液腐蚀磨损性能,展望具有连续相互穿插结构陶瓷/金属复合材料在铝液腐蚀磨损环境中的应用前景。

关键词：铝熔体铝合金腐蚀磨损协同效应金属间化合物

合金元素对Fe/Al界面反应影响的研究进展

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材料导报 2021年第7期35卷 7145-7154,7168页

作者：张先满陈再雨罗洪峰海南大学机电工程学院海口570228

Fe/Al界面反应涉及轻量化设计中的钢/铝焊接、铝合金铸造过程中铝熔体对模具钢的腐蚀及提高耐腐蚀、耐磨损性能的热浸镀铝涂层的制备等工业领域,在此过程中由于Fe、Al原子的互扩散而在界面上生成脆性的Fe-Al金属间化合物(IMC)层,该IMC... 详细信息

Fe/Al界面反应涉及轻量化设计中的钢/铝焊接、铝合金铸造过程中铝熔体对模具钢的腐蚀及提高耐腐蚀、耐磨损性能的热浸镀铝涂层的制备等工业领域,在此过程中由于Fe、Al原子的互扩散而在界面上生成脆性的Fe-Al金属间化合物(IMC)层,该IMC层对上述的各种性能起着决定性作用。因此,如何根据最终的性能要求来控制该界面反应具有十分重要的科学意义。诸多文献从钢/铝焊接、钢热浸镀铝等方面研究了Fe/Al界面反应,并取得了丰硕的成果。但由于该界面反应大多为非平衡条件下进行的反应扩散过程,界面处生成的Fe-Al IMC厚度很薄且脆性较大。同时,合金元素及其交互作用会对这一界面反应产生复杂影响。具体表现在:Si易在IMC晶界处富集,对IMC的生长起抑制作用,Zn则可加速Fe/Al界面反应,但Si、Zn的影响与其存在形式有关;Fe-Cr-B铸钢热浸镀铝时会在反应界面上生成周期性层片结构(PLS),而Cr、Zn等合金元素会对生成PLS的界面反应产生重大影响,其中,Fe-Cr-B铸钢中的Cr含量是基础,只有Cr含量位于特定范围内,该界面反应才会生成PLS;Al熔体中的Zn会导致界面反应由Fe/Al转变为Fe/Zn,发生该转变时Al-Zn熔体中Al的临界含量为0.3%(质量分数,下同)。本文从纯Fe/Al固液界面反应入手,阐述并讨论合金元素对这一界面反应生成IMC的类型、形貌及厚度的影响及其机理。结合已有的研究结果,分析了Fe-Cr-B铸钢热浸镀铝时界面组织结构的演变规律,最后,对Fe/Al界面反应的研究方向进行了展望,旨在为相关工程应用提供理论指导。

关键词：界面反应 Fe/Al 合金元素周期性层片结构

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无铅磷钙黄铜组织与性能研究

无铅磷钙黄铜组织与性能研究

作者：张先满华南理工大学

学位级别：硕士

铅黄铜由于具有一系列优良的特性,已被广泛应用于各个领域。但这类材料容易发生铅的析出,对环境和人体健康造成威胁。环保型易切削黄铜的研究已成为世界有色金属研究的热点,研究开发出无铅易切削黄铜将会产生巨大的社会效益和经济效益。... 详细信息

铅黄铜由于具有一系列优良的特性,已被广泛应用于各个领域。但这类材料容易发生铅的析出,对环境和人体健康造成威胁。环保型易切削黄铜的研究已成为世界有色金属研究的热点,研究开发出无铅易切削黄铜将会产生巨大的社会效益和经济效益。采用P、Ca元素替代Pb,利用正交试验判断P、Ca等对合金综合性能的影响,在此基础上进一步优化合金成分,于中频感应炉制备出无铅磷钙黄铜铸锭,并制定了合理的熔铸工艺;借助光学金相显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪、扫描电子显微镜、电子能谱仪、电子万能试验机、卧式车床等手段,系统研究了P、Ca对黄铜组织演变、力学、热学、切削及耐脱锌腐蚀等性能的影响;同时,还研究了磷钙黄铜合金中的金属间化合物,并通过对切屑形貌的观察和分析,结合切削力学及Griffith脆性断裂等理论对其切削机理进行了一定的探索。通过研究,得出以下主要结论: （1）成功制备出无铅磷钙黄铜材料,其力学、耐脱锌腐蚀性能适中,从切屑的尺寸和形貌上判断,磷钙黄铜的切削性能与HPb59-1相当。无铅磷钙黄铜替代含铅黄铜,具有可行性。（2） P是影响黄铜综合性能的主要因素,其次是Ca,P和Ca的加入量增大时,合金的塑性下降,而硬度则上升,当加入0.6%P和0.5%Ca时,黄铜合金力学性能优良,并显示出较好的切削性能。优化的无铅易切削磷钙黄铜合金的主要成分的质量分数为:57-60%Cu,40%Zn,0.7%P,0.5%Ca,此时,合金的抗拉强度为362.7MPa,延伸率为15.0%,硬度为105.0HB,脱锌腐蚀深度为321.9μm。（3） P、Ca显著改变了黄铜的组织与性能,使得磷钙黄铜的组织由ɑ相、β相和沿晶界、相界分布的含Cu、Zn、P、Ca等元素的金属间化合物颗粒组成,并且P和Ca使得合金在加热过程中的相变温度发生改变。（4）无铅磷钙黄铜的切削机理为:沿晶界分布的金属间化合物,割断了基体组织的连续性,当剪切带经过小于临界尺寸的第二相颗粒时,颗粒发生断裂,而经过大于临界尺寸的颗粒时,将促使基体发生沿晶断裂,甚至有部分颗粒在切削加工过程中脱落或者熔化。这都使得剪切滑移变得容易,从而剪切带向自由表面扩展,造成切屑断裂,从而提高了切削性能。

关键词：无铅磷钙黄铜显微组织性能易切削机理

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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磷钙无铅黄铜及其切削变形机理

材料科学与工艺 2012年第2期20卷 122-127页

作者：朱权利张先满陈维平李微汪桂龙罗良颂华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510640 广东华金合金材料实业有限公司广州510890

为取代铅,减轻对环境的污染,采用磷和钙共同替代铅,获得了综合性能优良的磷钙无铅黄铜铸锭.为研究磷钙无铅黄铜的切削变形机理,采用卧式车床进行了切削实验,通过扫描电镜及能谱仪对切屑组织进行研究,并结合Griffith脆性断裂理论和切削... 详细信息

为取代铅,减轻对环境的污染,采用磷和钙共同替代铅,获得了综合性能优良的磷钙无铅黄铜铸锭.为研究磷钙无铅黄铜的切削变形机理,采用卧式车床进行了切削实验,通过扫描电镜及能谱仪对切屑组织进行研究,并结合Griffith脆性断裂理论和切削力学计算,对切屑变形过程进行了分析.结果表明:磷钙无铅黄铜切削性能优良,切屑的尺寸和形貌与HPb59-1相当;沿晶界弥散分布的金属间化合物,割断了基体组织的连续性,切削时在剪切力的作用下,金属间化合物颗粒经变形后发生断裂或脱落,甚至在切削热的作用下部分熔化,引发基体产生应力集中,萌生裂纹并致使扩展,导致刀具前面剪切区剪切带的周期形成,并向自由表面扩展成层片结构,造成切屑断裂,从而提高了磷钙无铅黄铜的切削性能;磷钙无铅黄铜的综合性能优良,其替代含铅黄铜,具有可行性.

关键词：磷钙无铅黄铜切屑切削性能第二相颗粒金属间化合物

Ca对快速凝固Mg-6Zn合金薄带组织与性能的影响

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特种铸造及有色合金 2010年第8期30卷 772-775页

作者：张先满朱权利周涛华南理工大学机械与汽车工程学院湖南大学材料科学与工程学院

采用双辊快速凝固技术制备了Mg-6Zn-xCa合金薄带,通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪及显微硬度计研究了薄带的组织与性能特征。结果表明,不仅快速凝固显著细化晶粒和第二相,Ca也有助于合金微观组织的进一步细... 详细信息

采用双辊快速凝固技术制备了Mg-6Zn-xCa合金薄带,通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪及显微硬度计研究了薄带的组织与性能特征。结果表明,不仅快速凝固显著细化晶粒和第二相,Ca也有助于合金微观组织的进一步细化;快速凝固Mg-6Zn合金的组织由过饱和固溶体a-Mg、Mg51Zn20,以及少量的Mg2Zn3和MgZn2组成。随着Ca的加入,Mg2Ca、Ca2Mg6Zn3和MgZn2相逐渐增多,而Mg2Zn3和Mg51Zn20却有所减少,因此,Ca的添加有助于提高快速凝固Mg-6Zn合金的热稳定性。

关键词：快速凝固薄带 Mg-6Zn-xCa镁合金显微组织热稳定性

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无铅磷钙黄铜的组织与性能

中国有色金属学报 2012年第5期22卷 1421-1429页

作者：朱权利张先满罗良颂李微陈维平汪桂龙李晨华南理工大学、国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510640 广东华金合金材料实业有限公司广州511356

通过熔铸方法,于中频感应炉中制备无铅磷钙黄铜铸锭,利用扫描电镜、电子能谱仪、电子万能试验机及卧式车床等手段,研究磷钙黄铜合金的显微组织和力学、切削及耐脱锌腐蚀性能,并结合切屑的形貌观察,分析金属间化合物对切削性能的改善作... 详细信息

通过熔铸方法,于中频感应炉中制备无铅磷钙黄铜铸锭,利用扫描电镜、电子能谱仪、电子万能试验机及卧式车床等手段,研究磷钙黄铜合金的显微组织和力学、切削及耐脱锌腐蚀性能,并结合切屑的形貌观察,分析金属间化合物对切削性能的改善作用。结果表明：磷、钙显著改变了黄铜的组织与性能,使得磷钙黄铜的组织由α相、β相和分布在晶界上及晶粒内的金属间化合物颗粒组成;无铅磷钙黄铜合金的主要成分（质量分数）为57%~60%Cu、40%Zn、0.7%P、0.5%Ca时,合金显示出优良的综合性能,其抗拉强度为362.7 MPa,伸长率为15.0%,布氏硬度为105.0HB,耐脱锌腐蚀深度为321.9μm,切削性能与铅黄铜HPb59-1相当。

关键词：无铅磷钙黄铜显微组织金属间化合物性能