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氧化介质对锆合金高频氧化膜的形成及性能影响

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稀有金属 2024年第7期48卷 913-921页

作者：罗傲然连利仙刘颖四川大学材料科学与工程学院四川成都610065

在空气、纯氧和原子化氧气3种介质下,利用高频氧化技术对锆合金管进行了氧化处理,对比研究3种介质对氧化膜形成过程、微观结构和性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、背散射电子(BSE)分析和透射电镜(TEM)对氧化膜的显微结构进行表征,重点... 详细信息

在空气、纯氧和原子化氧气3种介质下,利用高频氧化技术对锆合金管进行了氧化处理,对比研究3种介质对氧化膜形成过程、微观结构和性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、背散射电子(BSE)分析和透射电镜(TEM)对氧化膜的显微结构进行表征,重点分析原子化氧气条件下氧化膜的形成机制,并通过原位微/纳米力学测试系统和高温高压水腐蚀试验分别对氧化膜的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能进行评价。结果表明:在3种氧化介质下形成的氧化膜连续均匀,主要由大量的单斜相氧化锆(m-ZrO_(2))和少部分四方相氧化锆(t-ZrO_(2))组成。其中在原子化氧气条件下获得的氧化膜层最厚,TEM显示外层氧化膜主要为单斜等轴晶粒,随着氧化的进行,压应力逐渐增大,在氧化膜中部区域出现了单斜柱状晶,而在氧化膜/金属界面由于压应力最大从而稳定了四方等轴晶粒。同时,在3种介质下形成的氧化膜纳米硬度和耐磨性与原样相比都有很好的改善,其中原子化氧气条件下形成的氧化膜纳米硬度比原样提高约700%,磨损体积降低约60%。抗腐蚀能力也有明显提高,原子化氧气下的腐蚀增重最低,比原样降低约90%。

关键词：锆合金高频氧化氧化膜组织结构性能

水中溶解氧对低锡中铌锆合金氧化膜显微组织和电化学性能的影响

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机械工程材料 2024年第6期48卷 11-17页

作者：王旭彤李九霄于一笑赵志伟郑锋欣曾奇锋刘庆冬上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 上海大学材料科学与工程学院上海200444 上海交通大学核科学与工程学院上海200240

在含溶解氧(质量浓度分别为300,1 000μg·L^(-1))环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验,研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化,并结合离位电化学检测表征... 详细信息

在含溶解氧(质量浓度分别为300,1 000μg·L^(-1))环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验,研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化,并结合离位电化学检测表征了腐蚀后合金的电化学性能,分析了溶解氧对电化学性能的影响。结果表明:在含溶解氧环境中腐蚀时,合金表面氧化膜的厚度随时间呈线性增加,氧化膜内裂纹增多,氧化膜/基体界面起伏加剧;当溶解氧含量较高时,合金的腐蚀质量增加较大,表面氧化膜内裂纹较多。在含溶解氧环境中腐蚀130 d时,合金的自腐蚀电位和极化电阻最小,自腐蚀电流密度最大,其耐腐蚀性不仅与表面氧化膜厚度有关,还受氧化膜内缺陷影响;腐蚀300 d时,合金的阻抗谱呈多容抗弧特征,较高溶解氧含量下的容抗弧数量较多。

关键词：锆合金高温高压腐蚀氧化膜溶解氧电化学检测

建筑铝材在不同电解液体系中阳极氧化及氧化膜性能比较

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电镀与精饰 2024年第6期46卷 17-24页

作者：刘阳宋晓吉刘卓群郑州信息科技职业学院建筑工程与智能建造学院河南郑州450046 贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550025

为进一步提高建筑行业常用6063铝合金的耐腐蚀性能,从而延长建筑构件的使用寿命,分别在纯硫酸电解液、硫酸与硼酸混合电解液、硫酸与柠檬酸混合电解液、硫酸与甘油混合电解液以及硫酸与硼酸、柠檬酸和甘油混合电解液体系中对6063铝合金... 详细信息

为进一步提高建筑行业常用6063铝合金的耐腐蚀性能,从而延长建筑构件的使用寿命,分别在纯硫酸电解液、硫酸与硼酸混合电解液、硫酸与柠檬酸混合电解液、硫酸与甘油混合电解液以及硫酸与硼酸、柠檬酸和甘油混合电解液体系中对6063铝合金进行阳极氧化,并比较不同氧化膜的形貌特征、厚度、物相结构和耐腐蚀性能。结果表明:不同氧化膜都具有多孔密布的形貌特征,厚度相近并且由ɑ-Al_(2)O_(3)相和γ-Al_(2)O_(3)相组成,但孔隙率和表面致密性明显不同,导致耐腐蚀性能存在差异。在混合酸电解液体系中制备的氧化膜孔隙率最低,仅为12.1%,表面致密性最好并且具有最正的腐蚀电位−0.511 V、最低的腐蚀电流密度1.15×10^(-6)A/cm^(2)和最高的极化电阻22.05 kΩ·cm^(2),经过96 h盐雾实验后其腐蚀程度较轻。添加适量硼酸、柠檬酸和甘油具有协同缓蚀效果,因此混合酸电解液体系对氧化膜的溶解能力弱,能明显改善氧化膜表面致密性进一步提高其耐腐蚀性能,作为表面改性层可以更好地保护铝合金基体,延缓腐蚀。

关键词： 6063铝合金不同电解液体系阳极氧化氧化膜物相结构耐腐蚀性能

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酸性停堆温度对模拟压水堆一回路环境中304L不锈钢表面氧化膜的影响

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腐蚀与防护 2024年第6期45卷 1-7页

作者：高中宇田朝晖刘灿帅艾彪孙云苏州热工研究院有限公司苏州215008

以压水堆一回路系统构件常用材料304L不锈钢为研究对象,采用高温高压循环回路模拟现场工艺在材料表面制备氧化膜,在此基础上开展了两种温度的酸性停堆工艺试验,并对比分析了酸性停堆温度对材料表面氧化膜的形貌、元素组成和物相结构的... 详细信息

以压水堆一回路系统构件常用材料304L不锈钢为研究对象,采用高温高压循环回路模拟现场工艺在材料表面制备氧化膜,在此基础上开展了两种温度的酸性停堆工艺试验,并对比分析了酸性停堆温度对材料表面氧化膜的形貌、元素组成和物相结构的影响。结果表明:经预处理1000 h后,304L不锈钢表面形成了双层氧化膜结构,外层氧化膜为镍铁尖晶石Ni_(x)Cr_(y)Fe_(3-x-y)O_(4),内层氧化膜为富铬尖晶石Ni_(x)Fe_(y)Cr_(3-x-y)O_(4),其厚度均小于0.1μm;经170℃酸性停堆工艺处理480 h后,304L不锈钢内外层氧化膜均发生了显著的溶解,内层氧化膜的溶解导致氧化膜与金属基体的界面模糊;经60℃酸性停堆工艺处理480 h后,304L不锈钢表面尖晶石氧化物并未发生显著溶解,表面分布少量大颗粒状尖晶石氧化物,氧化膜与金属基体的界面较为清晰。

关键词：酸性停堆压水堆一回路氧化膜 304L不锈钢

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含氧化膜钛合金裂纹尖端氢扩散分析

热加工工艺 2024年 132-138页

作者：杨富强张越张剑洲闫涛张文娟西安科技大学理学院西安科技大学机械学院

基于扩散和应力耦合的质量平衡方程，建立了外界环境氢渗入覆盖Ti O2裂尖并扩散的数学模型。通过在COMSOL中采用有限元法构建具有钝化裂纹尖端的平板计算模型，讨论了氧化膜厚度和裂尖应力状态对氢扩散的影响。结果表明，裂尖氢渗入与... 详细信息

基于扩散和应力耦合的质量平衡方程，建立了外界环境氢渗入覆盖Ti O2裂尖并扩散的数学模型。通过在COMSOL中采用有限元法构建具有钝化裂纹尖端的平板计算模型，讨论了氧化膜厚度和裂尖应力状态对氢扩散的影响。结果表明，裂尖氢渗入与扩散受到氧化膜的引入和厚度增加的抑制，外载荷增加会抑制环境中的氢向裂尖渗入，并减少了裂尖的氢富集。应力梯度引起的裂尖氢扩散效果在低浓度时更显著。

关键词：钛合金氢扩散氧化膜应力 COMSOL

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膜致应力对氧化膜和基体金属内应力的影响

焊接 2024年第08期 47-51+60页

作者：张文娟杨帆乔铁良西安航空职业技术学院

【目的】旨在了解氧化膜所产生的裂尖膜致应力对表面缺陷和应力腐蚀开裂历程中所带来的力学影响规律。【方法】以镍基合金600为研究对象，建立SCC全寿命周期膜致应力有限元模型，得出不同ΔT下膜致应力对氧化膜和基体金属裂尖力学场的... 详细信息

【目的】旨在了解氧化膜所产生的裂尖膜致应力对表面缺陷和应力腐蚀开裂历程中所带来的力学影响规律。【方法】以镍基合金600为研究对象，建立SCC全寿命周期膜致应力有限元模型，得出不同ΔT下膜致应力对氧化膜和基体金属裂尖力学场的影响。【结果】氧化膜内产生的压应力给基体金属裂尖带来附加拉应力，这个拉应力为膜致应力，加速了氧化膜的破裂；随着温度的升高，氧化膜和基体金属中的膜致应力均增大，但氧化膜内的应力增幅大于基体金属裂尖；在氧化膜和基体金属界面处，Mises应力和拉伸应力都发生了阶跃现象，提升了裂尖的SCC敏感度。【结论】膜致应力在裂纹萌生初期的作用不可被忽略，会造成膜的破裂和基体金属的裸露，引起微裂纹的形核和扩展。

关键词：氧化膜基体金属膜致应力裂纹尖端

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MGH956合金表面氧化膜形态与性能研究

江西冶金 2024年第4期44卷 263-270页

作者：李开松杨云骢肖辉钦李晶琨北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 上海焕擎医疗科技有限公司上海200120 江苏凌力医疗科技发展有限公司如皋213161 河北工业大学材料科学与工程学院天津300401 河北省新型功能材料重点实验室天津300401

MGH956合金具有高熔点、低密度、优异的高温强度等优点,高温氧化后在表面生成一层致密的氧化膜,可以有效保护合金基体。本研究以MGH956合金为研究对象,通过高温氧化工艺在合金表面制备氧化膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学探针、... 详细信息

MGH956合金具有高熔点、低密度、优异的高温强度等优点,高温氧化后在表面生成一层致密的氧化膜,可以有效保护合金基体。本研究以MGH956合金为研究对象,通过高温氧化工艺在合金表面制备氧化膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学探针、微米划痕仪等表征高温氧化时间对MGH956合金表面氧化膜形貌与性能的影响。结果表明,随着氧化时间延长,氧化膜厚度由7.2μm增至15.7μm;氧化膜的弹性模量呈先降低后略升高的趋势,当氧化时间为25 h时,弹性模量最高(342.3 GPa);氧化膜与基体之间的界面结合强度不断增加,当氧化时间为100 h和150 h时,界面结合强度最大;在1250℃下,当氧化时间为50 h和100 h时,氧化膜表面质量较好,氧化膜与基体之间的界面结合强度最大,氧化膜硬度及耐磨损性能均保持较高水平。因此,建议采用50 h或100 h高温氧化工艺制备氧化膜。

关键词： MGH956合金高温氧化氧化膜表面性能

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20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

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上海金属 2024年第1期46卷 75-81,94页

作者：张家辉赵彦田青超陈正鲁晓刚张宇上海大学材料科学与工程学院上海200444 上海大学新材料(泰州)研究院江苏泰州225500 中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116 鞍钢集团北京研究院北京102299

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧... 详细信息

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

关键词： 20Cr2Ni3钢顶头氧化膜有限元模拟断裂力学

不同电压对TA1板材氧化膜的厚度及着色的影响

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五金科技 2024年第2期52卷 63-65页

作者：傅鸿博李媛媛中国日用五金技术开发中心辽宁沈阳110032

钛作为一种独特的金属元素,凭借其出色的物理和化学性质,已经在我们的生活中占据了不可或缺的地位。在日用五金领域,钛锅、钛水杯、钛质餐具等钛制品也逐渐走向成熟。而作为钛制品其表面氧化膜不仅具备独特的物理特性,其绚丽多彩的颜色... 详细信息

钛作为一种独特的金属元素,凭借其出色的物理和化学性质,已经在我们的生活中占据了不可或缺的地位。在日用五金领域,钛锅、钛水杯、钛质餐具等钛制品也逐渐走向成熟。而作为钛制品其表面氧化膜不仅具备独特的物理特性,其绚丽多彩的颜色也被作为相关产品的一大特点。本文采用阳极氧化法在磷酸中通过对不同电压下TA1钛板表面TiO2氧化膜厚度与其色彩关系进行分析。发现在电解液为稀磷酸时,表面生成的TiO2厚度与电压呈现比较严格的线性关系,颜色变化与白光干涉颜色图谱一致,5V与100V较为接近,符合干涉色特点。在特定电压下时间对氧化膜的厚度影响不大。

关键词： TA1 氧化膜着色