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铁基非晶态合金涂层表面耐磨性及耐磨蚀性研究

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铁基非晶态合金涂层表面耐磨性及耐磨蚀性研究

作者：赵国强山东大学

学位级别：硕士

非晶态合金材料是继钢铁和塑料后的第三代革命性材料,由于性能优异而得到快速发展。铁基非晶态合金作为非晶态合金典型代表材料之一,凭借优异的耐磨和耐腐蚀性能,在石油、煤电、钢铁和船舶等领域得到广泛应用。但是受制备技术限制,材料...

非晶态合金材料是继钢铁和塑料后的第三代革命性材料,由于性能优异而得到快速发展。铁基非晶态合金作为非晶态合金典型代表材料之一,凭借优异的耐磨和耐腐蚀性能,在石油、煤电、钢铁和船舶等领域得到广泛应用。但是受制备技术限制,材料的尺寸很小,严重限制铁基非晶态合金在工程领域的应用。利用热喷涂技术将粉材及带材喷涂到基体之上制备成涂层,可以弥补铁基非晶态合金在尺寸方面的不足。众多热喷涂技术中,超音速火焰喷涂凭借火焰温度低、焰流速度高以及涂层质量高等优点得到广泛应用,因此利用超音速火焰喷涂制备铁基非晶态合金涂层成为研究热点。对于有一定配合要求的零部件,喷涂之后需要对涂层表面进行后续加工以达到所需的精度。然而人们对铁基非晶态合金涂层可加工性能缺乏全面了解,只有充分了解铁基非晶态合金涂层可加工性能及加工后表面的耐磨、耐腐蚀性才能获得铁基非晶态合金涂层优异的使役性能。本文针对铁基非晶态合金涂层磨削性能、耐磨性和耐腐蚀性进行了研究。利用超音速火焰喷涂和等离子喷涂在316不锈钢基体之上制备铁基非晶态合金涂层,在不同的速度及载荷下探究两种热喷涂方法对铁基非晶态合金涂层的影响。X射线衍射结果证明铁基非晶态合金涂层在热喷涂过程中发生部分晶化,涂层大部分还是非晶成分。超音速火焰喷涂制备的涂层相比等离子涂层和基体有更好的耐磨性能,超音速火焰喷涂涂层的磨损形式为磨粒磨损及疲劳磨损共同作用,疲劳磨损为主,等离子火焰喷涂涂层的失效形式为磨粒磨损为主。采用超音速火焰喷涂制备铁基非晶态合金涂层,设计正交试验利用数控磨床磨削铁基非晶态合金涂层,然后分别研究了磨削后16组试样的摩擦磨损和电化学特性。研究结果表明三个磨削参数中,磨削深度对涂层表面的表面粗糙度及耐腐蚀性能影响最大,进给速度次之;而进给速度对涂层表面耐磨性能影响最大,磨削深度次之;磨削速度对涂层表面的表面粗糙度、耐磨性能和耐腐蚀性能影响较小。最后针对不同的涂层性能选取了相应的最佳磨削参数组合。本文通过研究铁基非晶态合金涂层可加工性能,耐磨性能,耐腐蚀性能,为改善铁基非晶态合金涂层加工质量,为促进铁基非晶态合金推广与应用提供了技术支持。

关键词：

纳米TiO2/Sb2O5涂层的光生阴极保护研究

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无机材料学报 2009年第3期24卷 525-530页

作者：周民杰曾振欧钟理赵国鹏华南理工大学化学与化工学院广州510640 广州二轻工业科学技术研究所广州510170

采用溶胶-凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO2/Sb2O5叠层涂层.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构以及组成进行表征.采用电化学方法研究涂层的光电化学性能与光生阴极保护特性.结... 详细信息

采用溶胶-凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO2/Sb2O5叠层涂层.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构以及组成进行表征.采用电化学方法研究涂层的光电化学性能与光生阴极保护特性.结果表明,所制备的纳米TiO2/Sb2O5叠层涂层表面连续、均匀、致密;XRD分析表明纳米TiO2为锐钛矿型;XPS分析表明纳米涂层表面与内层均由Ti、Sb、O、C四种元素组成;稳定电位与极化曲线测试表明,在3%NaCl溶液中,纳米TiO2/Sb2O5叠层涂层的光电化学性能低于纯纳米TiO2涂层,但纳米TiO2/Sb2O5涂层经紫外光照1h,停止紫外光照后的延时阴极保护作用可达4h.通过研究分析,提出了一种新的纳米叠层涂层光生阴极保护作用机理.

关键词：纳米TiO2 纳米Sb2O5 叠层涂层光电化学光生阴极保护腐蚀防护

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压铸模具钢的微弧氧化复合表面改性

压铸模具钢的微弧氧化复合表面改性

作者：赵国华重庆大学

学位级别：硕士

轻金属成型在材料加工领域所占比重日益增大，其中压铸成型方法最为广泛应用。H13热作模具钢在长期工作过程中容易产生热疲劳、热融合等各种失效，为避免模具失效以及提高产品质量，压铸模具内表面的表面处理及改性则显得尤为重要。本文... 详细信息

轻金属成型在材料加工领域所占比重日益增大，其中压铸成型方法最为广泛应用。H13热作模具钢在长期工作过程中容易产生热疲劳、热融合等各种失效，为避免模具失效以及提高产品质量，压铸模具内表面的表面处理及改性则显得尤为重要。本文对H13钢表面的热浸镀铝-微弧氧化复合表面处理工艺作了介绍和研究。棒状H13钢试样先被浸入到熔融纯铝液，铁-铝反应层随之在铝液与试样表面形成。中间合金层的主要成分是FeAl，反应层与试样最外表面的纯铝层的厚度主要随着浸镀时间(1.52min)和浸镀温度(71060℃)的变化而变化。在热浸镀铝后的试样外表面，形成了一层均匀分布的纯铝层，以此纯铝层为基体，进行微弧氧化表面处理，电流密度为10A/dm，最终在试样表面形成了多孔状的微弧氧化陶瓷层。本文通过以下分析测试手段对热浸镀铝-微弧氧化复合表面处理H13试样的微观组织和力学性能进行评估: ①通过SEM对热浸镀铝试样、微弧氧化试样的截面进行了观察;复合表面处理层的结构从外到内依次为陶瓷层、纯铝层、Fe-Al合金层和基体层;并且通过SEM观察发现陶瓷层表面呈多孔状。通过SEM/EDS对热浸镀铝试样、微弧氧化截面的元素成分变化进行测定，表面陶瓷层中的O、Si元素主要来源于所用碱性微弧氧化电解液 ②通过XRD对热浸镀铝试样的表面层和中间相合金层的相组成进行了判定，中间合金层的主要相为FeAl和少量FeAl相。并且对微弧氧化陶瓷层则由γ-AlO相和α-AlO相组成。 ③使用金相显微镜对热浸镀铝试样的涂层厚度进行了测量发现随着浸镀时间和浸镀温度的增加，中间合金层的厚度呈增大趋势，增加浸镀温度和时间更有利于铝液中的Al原子和钢基体中的Fe相互扩散并形成中间相化合物。 ④对热浸镀铝-微弧氧化复合层的截面进行了微观硬度的测定，表面陶瓷层的微观硬度高达1700HV，远高于H13钢基体的硬度600HV。 ⑤对热浸镀铝表面进行了普通阳极氧化试样和微弧氧化试样进行热疲劳性能测试，结果表明，微弧氧化陶瓷层的耐热疲劳性能要明显高于传统阳极氧化的此性能。

关键词：微弧氧化热浸镀铝表面改性压铸模具钢

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基于斜截面浅覆盖层的钢栈桥承载性能分析

基于斜截面浅覆盖层的钢栈桥承载性能分析

作者：赵国栋沈阳工业大学

学位级别：硕士

改革开放以来,中国国民经济空前增长,综合国力大大提升。随着桥梁技术和基础设施建设的快速发展,大型水上桥梁工程数量不断增加。在深水基础的建设中,一般需修建钢栈桥作为运输通道,并依附钢栈桥搭设作业平台,实现水下作业向陆上作业的... 详细信息

改革开放以来,中国国民经济空前增长,综合国力大大提升。随着桥梁技术和基础设施建设的快速发展,大型水上桥梁工程数量不断增加。在深水基础的建设中,一般需修建钢栈桥作为运输通道,并依附钢栈桥搭设作业平台,实现水下作业向陆上作业的转换。钢栈桥一般采用钢管桩基础、贝雷梁为主承重梁的结构,因其施工速度快、安装拆除方便、可重复使用等优点,在桥梁、港口、大坝等基础设施工程中得到广泛应用。当桥梁基础受到水流、浪、浅覆盖层等不良地质环境条件的影响时,桥梁基础的稳定性以及承载性能都面临一定的挑战。本文以广东清西大桥临时钢栈桥工程为研究背景,对斜截面浅覆盖层钢管桩无法满足嵌岩深度的状况进行了加固处理,通过室内模型试验与数值模拟分析对钢-混凝土复合桩力学特性与承载能力进行了研究,开展斜截面浅覆盖层钢栈桥准静载试验,对钢-混凝土复合桩单桩及钢栈桥各主要构件承载性能进行了研究,并根据前述研究建立了钢-混凝土复合桩承载力计算公式。具体开展的工作如下:（1）设计了钢-混凝土复合桩缩尺模型正交试验,研究了钢-混凝土复合桩在竖向荷载下的竖向承载机理、受力破坏过程和破坏形态特征,研究了工字钢型号、内部混凝土浇筑高度和内嵌工字钢嵌固深度对钢-混凝土复合桩承载力的影响程度,分析确定影响极限载荷的显著因素,建立钢-混凝土复合桩峰值荷载回归方程,得到了钢-混凝土复合桩峰值荷载与各因素之间的关系,为实际工程提供了参考。（2）对钢-混凝土复合桩单桩与斜截面浅覆盖层钢栈桥进行数值模拟,实现从构件到结构的分析。得到了钢-混凝土复合桩单桩受荷过程中的位移、应力、桩身弯矩变化,验证了室内模型试验承载机理的准确性,内嵌工字钢在钢混段与嵌固段交界处出现应力集中现象。斜截面浅覆盖层钢栈桥竖向位移约为水平位移的2倍,各主要构件均处于弹性范围。（3）通过准静载试验法对钢栈桥进行了现场测试,各主要构件协同变形,均处于弹性范围,钢-混凝土复合桩起到了设计预想的嵌固加强作用,验证了钢栈桥加固方法的可靠性。（4）根据钢-混凝土复合桩轴压承载机理,分别运用双剪统一理论与叠加原理两种方法,建立了钢-混凝土复合桩轴压承载力的两种计算公式,并对两种公式计算结果与试验结果进行了比较分析。结果表明,基于叠加原理的公式计算结果过于保守,而基于双剪统一理论的公式更为精准可靠,误差更小,计算公式更简单实用。

关键词：斜截面浅覆盖层钢栈桥钢-混凝土复合桩桩基加固

高碳轴承钢Q&P工艺处理的组织与性能的研究

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高碳轴承钢Q&P工艺处理的组织与性能的研究

作者：赵国亮燕山大学

学位级别：硕士

本文对高碳轴承钢材料在淬火配分工艺处理下获得马氏体和相对稳定残余奥氏体的组织和性能进行了研究。对淬火配分后的试样采用光学显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜对经淬火配分试样的相组成及含量和组织形貌进行分析并进行硬度、... 详细信息

本文对高碳轴承钢材料在淬火配分工艺处理下获得马氏体和相对稳定残余奥氏体的组织和性能进行了研究。对淬火配分后的试样采用光学显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜对经淬火配分试样的相组成及含量和组织形貌进行分析并进行硬度、冲击和拉伸的力学性能的测试。综合以上结果，挑选出最优性能的热处理工艺和钢种，从而为轴承的基础零部件的应用提供参考依据。首先对1.2Si和1.5Si两种高碳钢的Ac1s、Ac1f和Ms点进行测定并根据Magee-Koistinen-Marburger公式制定相应的淬火配分工艺。高碳轴承钢经过淬火配分热处理后的组织为马氏体板条、残余奥氏体和碳化物组成的混合组织。马氏体板条宽度在80-137nm左右，残余奥氏体呈薄膜状存在于马氏体板条间，残余奥氏体的含量随工艺的变化会有所变化，含量在12-25%之间，碳化物含量约为5-7%。对高碳轴承钢进行淬火配分热处理后的结果表明，高碳钢淬火配分后的硬度随着配分温度和时间的延长而降低，冲击功、抗拉强度和屈服强度随着配分温度和时间的延长而升高。综合组织与性能考虑，最佳热处理工艺为1.2Si钢在880℃奥氏体化1h后淬火到60℃等温1min，再在400℃盐浴炉中配分60s后水淬到室温，其硬度、冲击功、抗拉强度和屈服强度分别61.9±0.8HRC、96J、2291MPa和1820MPa。1.5Si钢在890℃奥氏体化1h后淬火到60℃等温1min，再在400℃盐浴炉中配分60s后水淬到室温，其硬度、冲击功、抗拉强度和屈服强度分别为61.9±1HRC、85J、2123MPa和1702MPa。

关键词：高碳轴承钢淬火和配分组织力学性能

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冷喷涂铝合金涂层的微观结构与腐蚀行为研究

冷喷涂铝合金涂层的微观结构与腐蚀行为研究

作者：赵国锋西南石油大学

学位级别：硕士

不锈钢因其优异的力学及耐腐蚀性能被大量应用于各种工业领域,如舰船、汽车、航空航天、海上油气平台等。腐蚀是不锈钢应用中不可忽视的问题。不锈钢的腐蚀保护方法主要包括阴极保护、有机涂层、金属涂层等,其中铝合金涂层是一种常见的... 详细信息

不锈钢因其优异的力学及耐腐蚀性能被大量应用于各种工业领域,如舰船、汽车、航空航天、海上油气平台等。腐蚀是不锈钢应用中不可忽视的问题。不锈钢的腐蚀保护方法主要包括阴极保护、有机涂层、金属涂层等,其中铝合金涂层是一种常见的牺牲阳极涂层,其均匀致密的特点不仅可以为基体提供良好的物理屏蔽防护,而且还可以作为牺牲阳极为不锈钢基体提供阴极保护。传统的铝合金涂层制备常选用热喷涂技术,其原理是利用某种热源将制备涂层的原料加热到熔融或半熔融状态,探后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到基体表面,从而形成涂层。冷喷涂技术基于空气动力学,采用高压气源将固态粒子加速至极高的速度撞击基板,从而沉积形成涂层。因其喷涂温度较低,与传统热喷涂技术相比,冷喷涂技术在喷涂过程中避免了氧化、相变、烧损等现象。此外,冷喷涂技术对基体热影响也较小。本文使用高压冷喷涂技术分别在铝合金和不锈钢基体表面制备冷喷涂铝涂层,运用扫描电子显微镜观察冷喷涂铝涂层的微观形貌,使用电化学测试方法研究冷喷涂铝涂层的腐蚀行为,使用中性盐雾试验评价冷喷涂铝涂层的耐腐蚀行为。对冷喷涂铝涂层的微观形貌观察发现,铝合金和不锈钢表面涂层厚度分别为948.6μm、950.1μm,涂层均匀、致密,无贯穿的孔隙或裂纹,界面结合紧密。XRD结果显示铝合金涂层中均没有明显的氧化物峰。对两涂层的显微硬度测试表明,冷喷涂铝涂层的显微硬度要稍微低于块体铝合金,但整体与块体铝合金相当。电化学测试结果表明,在3.5 wt.%NaC1和醋酸溶液中,冷喷涂铝涂层与基体表现出相似的电化学特征,冷喷涂涂层与块体铝合金耐蚀性相当。选用10wt.%、30wt.%、50wt.%、70 wt.%、90 wt.%的醋酸溶液进行电化学测试,研究醋酸浓度对涂层耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层10 wt.%和50 wt.%醋酸溶液中耐腐蚀性能较高,腐蚀电流密度分别为3.959×10-6A/cm2、7.418×10-6 A/cm2。选用 25℃、40℃、70℃、100℃的醋酸溶液进行电化学测试,分析醋酸温度对涂层腐蚀行为的影响。结果表明,随着温度升高,涂层的腐蚀电流密度升高,电流密度在70℃时达到峰值,为1.022×10-4A/cm2。不锈钢在醋酸溶液中的电化学测试结果显示,随着温度升高,不锈钢在极化曲线中的钝化区消失,钝化能力丧失,当温度由25℃升高至100℃时,腐蚀电流密度由1.811×10-7A/cm2上升至1.416×10-5A/cm2。因此,认为不锈钢基体在高温醋酸环境中基本不耐蚀,醋酸温度对不锈钢基体的腐蚀有着剧烈的影响。为研究冷喷涂涂层对基体的长效防护能力,在3.5 wt.%NaC1溶液中进行了为期90天的浸泡实验,结果表明冷喷涂铝涂层可以为铝合金和不锈钢基体提供长期有效的屏障式防护。90wt.%醋酸溶液的长时间浸泡实验表明,随着浸泡时间增加,试样耐蚀性急速下降,在浸泡7天后己经严重腐蚀,冷喷涂铝涂层和A11050不适合在高浓度醋酸下服役。中性盐雾试验结果表明冷喷涂铝涂层在经历了 1000h的中性盐雾试验之后,并没有出现破损和贯穿涂层到达基体的裂纹等缺陷,依然保持较好的防护性能,这说明在大气腐蚀环境下可以为基体提供优良的腐蚀防护。对冷喷涂铝涂层和基体在3.5 wt.%NaC1溶液以及90 wt.%醋酸溶液中的电偶腐蚀行为进行研究,分别讨论了溶液流速、阴阳极面积比对电偶电流密度的影响。结果表明,在冷喷涂铝涂层/不锈钢电偶对中,涂层为阳极,不锈钢基体为阴极,涂层可为基体提供牺牲阳极保护。冷喷涂铝涂层/铝合金基体电偶对的电偶腐蚀对溶液流速的变化极为敏感,电偶电流密度随溶液流速增大而增大。

关键词：冷喷涂铝涂层微观形貌腐蚀防护电化学电偶腐蚀

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N80油套管钢CO_2腐蚀产物膜特征

金属学报 2002年第4期38卷 411-416页

作者：陈长风路民旭赵国仙白真权严密林杨延清中国石油天然气集团公司管材研究所西安710065 西北工业大学材料科学与工程学院西安710072

在模拟的油田高温高压现场环境下研究了普通Ｎ８０级油套管钢和含４％－５％Ｃｒ的Ｎ８０油套管钢ＣＯ２腐蚀产物膜结构和离子选择性特征．结果表明、普通Ｎ８０油套管钢形成的ＦｅＣＯ３腐蚀产物膜具有阴离子选择透过性、这种特... 详细信息

在模拟的油田高温高压现场环境下研究了普通Ｎ８０级油套管钢和含４％－５％Ｃｒ的Ｎ８０油套管钢ＣＯ２腐蚀产物膜结构和离子选择性特征．结果表明、普通Ｎ８０油套管钢形成的ＦｅＣＯ３腐蚀产物膜具有阴离子选择透过性、这种特征对基体保护性较差．丘容易诱发点蚀：含４％－５％Ｃｒ的Ｎ８０油套管钢形成的Ｃｒ（ＯＨ）３非晶态腐蚀产物膜具有阳离子选择透过性，它不仅可以显著降低腐蚀速率．而且可以抑制点蚀的发生。

关键词：油套管钢腐蚀产物膜离子选择性二氧化硫腐蚀

N80油套管钢CO_2腐蚀产物膜的力学性能

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金属学报 2003年第2期39卷 175-181页

作者：陈长风路民旭赵国仙白真权严密林杨延清北京科技大学材料科学与工程学院西北工业大学材料科学与工程学院西安710072 中国石油天然气集团公司石油管材研究所西安710065

N80油套管钢CO2腐蚀产物膜力学性能的测试结果表明,腐蚀产物膜的弹性模量与硬度从内层刮外层逐渐降低,弹性模量平均值为110 GPa.疏松的腐蚀产物膜内产生拉应力,应力大小随膜层的厚度增加而增加,腐蚀产物膜在试样表面稳定形成以后,内应... 详细信息

N80油套管钢CO2腐蚀产物膜力学性能的测试结果表明,腐蚀产物膜的弹性模量与硬度从内层刮外层逐渐降低,弹性模量平均值为110 GPa.疏松的腐蚀产物膜内产生拉应力,应力大小随膜层的厚度增加而增加,腐蚀产物膜在试样表面稳定形成以后,内应力便趋于一个定值,大小约为46 MPa.外层府蚀产物膜的断裂应力、应变分别为55.6 MPa和5.06×10-4,小于内层膜断裂应力与应变(197.3-234.4 MPa和1.79×10-3-2.13×10-3).同样,内层膜与基体的粘附力要明显高于外层膜与内层膜。腐蚀产物膜内应力可以导致外层膜破裂.

关键词： N80油套管钢 CO腐蚀腐蚀膜力学性能弹性模量内应力粘附力

温度、Cl^-浓度、Cr元素对N80钢CO_2腐蚀电极过程的影响

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金属学报 2003年第8期39卷 848-854页

作者：陈长风路民旭赵国仙白真权严密林杨延清北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中国石油天然气总公司石油管材研究所西安710065 西北工业大学材料科学与工程学院西安710072

利用电化学阻抗技术研究了温度、 Cl-浓度、 Cr元素对N80钢CO2腐蚀电极过程的影响.结果表明,随着温度的升高,CO2腐蚀的阴极、阳极电极反应速率会明显增大,与此同时,温度的升高又容易使腐蚀产物膜在试样表面形成,对基体金属起到一定的保... 详细信息

利用电化学阻抗技术研究了温度、 Cl-浓度、 Cr元素对N80钢CO2腐蚀电极过程的影响.结果表明,随着温度的升高,CO2腐蚀的阴极、阳极电极反应速率会明显增大,与此同时,温度的升高又容易使腐蚀产物膜在试样表面形成,对基体金属起到一定的保护作用.增加介质中的Cl-浓度,会使阳极溶解速率先增加,后减小;阴极还原速率则缓慢减小;同时, Cl-还会破坏腐蚀产物膜在试样表面的覆盖. N80钢加入Cr元素以后, CO2腐蚀阴极、阳极反应速率降低,材料具有一定的抗CO2腐蚀能力.

关键词： CO2腐蚀电化学阻抗含CrN80钢 Cl^-浓度