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模拟海洋大气环境下钛铝连接件的电偶腐蚀研究

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表面技术 2024年第9期53卷 11-21,I0005页

作者：董凯辉宋影伟蔡勇韩恩厚中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230026 南方海洋科学与工程广东实验室(珠海) 广东珠海519000 广东腐蚀科学与技术创新研究院广州510530 华南理工大学材料科学与工程学院广州510641

目的探究海洋大气环境下飞机结构用钛铝连接件的电偶腐蚀行为,分析结构件各位置的电偶腐蚀差异,完善钛、铝金属间的电偶腐蚀机理。方法通过动电位极化曲线、零电阻电流(ZRA)及中性盐雾试验等,比较浸泡和薄液膜2种测试条件对腐蚀过程的... 详细信息

目的探究海洋大气环境下飞机结构用钛铝连接件的电偶腐蚀行为,分析结构件各位置的电偶腐蚀差异,完善钛、铝金属间的电偶腐蚀机理。方法通过动电位极化曲线、零电阻电流(ZRA)及中性盐雾试验等,比较浸泡和薄液膜2种测试条件对腐蚀过程的影响。利用有限元模拟(FEM)表征电偶作用在钛铝表面的影响范围,并预测各位置的腐蚀程度,最后通过腐蚀形貌和失重试验加以验证。结果在模拟海洋大气环境下钛及铝合金的阴极反应速率相较于浸泡条件下有所提高,耦合后两金属间的电偶电流密度由浸泡时的1.52μA/cm^(2)提升至11.00μA/cm^(2),腐蚀形态由局部点蚀凹坑转变为连续网格状腐蚀条纹。另外,钛与铝金属间的电偶电位(Eg=-700 mV,vs.SCE)与阳极铝合金的自腐蚀电位(Ecorr,Al=-680 mV,vs.SCE)接近,两者间较低的电位差使得电偶作用在铝表面的影响距离只有10~15 mm。结论钛铝连接件的电偶腐蚀主要集中在与钛直接接触的铝合金交界处,但不同边界位置的腐蚀深度也可能相差4倍以上,这主要与电偶作用影响范围内的阴/阳极面积比有关。

关键词：钛合金铝合金电偶腐蚀有限元模拟大气腐蚀薄液膜

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超亲水微纳复合表面低流率蒸发液膜铺展特性

高校化学工程学报 2022年第2期36卷 184-192页

作者：张羽飞春江温荣福马学虎辽宁省化工资源清洁利用重点实验室大连理工大学化学工程研究所辽宁大连116024

薄液膜在微反应器、微接触器等微过程中都有着重要的应用,提升表面毛细性能是实现低流量下液膜铺展的有效方法。制备得到了一种具有内部互连通道的微纳复合表面,对于工质水表面抽吸系数高达16.11 mm×s^(-0.5)。对毛细抽吸过程进行了可... 详细信息

薄液膜在微反应器、微接触器等微过程中都有着重要的应用,提升表面毛细性能是实现低流量下液膜铺展的有效方法。制备得到了一种具有内部互连通道的微纳复合表面,对于工质水表面抽吸系数高达16.11 mm×s^(-0.5)。对毛细抽吸过程进行了可视化观测,结果表明微纳复合表面内部互连的微米级间隙作为流体的输运通道,可以大幅降低流动阻力;并发现了表面微结构特征对毛细性能的影响规律。探究了不同蒸发状态和不同供液量对铺展比例的影响,发现微纳复合表面能够在较低流量下实现较高的铺展比例,在0.24 mL×min^(-1)的低供液速率下实现了7 cm^(2)表面的完全润湿。这对于设计高毛细抽吸性能表面和研究低流量下液膜流动铺展特性具有重要的意义。

关键词：薄液膜微观流动毛细性能抽吸系数

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单液滴撞击薄液膜后冠状结构的破碎过程

中南大学学报（自然科学版） 2022年第4期53卷 1497-1505页

作者：钟凯秦静裴毅强卢莉莉王煜乾彭志军天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津大学内燃机研究所天津300072

为了研究液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,搭建单液滴撞壁的光学观测系统,采用激光诱导荧光法研究单液滴撞击不同黏度薄液膜的过程。试验中采用无水乙醇作为入射液滴,丙三醇水溶液作为壁面液膜,观测液滴撞击薄液膜后形成的冠... 详细信息

为了研究液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,搭建单液滴撞壁的光学观测系统,采用激光诱导荧光法研究单液滴撞击不同黏度薄液膜的过程。试验中采用无水乙醇作为入射液滴,丙三醇水溶液作为壁面液膜,观测液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,根据其破碎过程的特点分为3类:飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎。对每种破碎类型的特性,破碎机理及破碎后形成的二次液滴的直径和空间分布进行定性描述。建立冠状结构不同破碎状态的临界数模型。研究结果表明:孔洞破碎和飞溅破碎的双重作用导致了大液滴的出现。在混合型的破碎过程中,出现直径较大的二次液滴的现象较多。液膜黏度和入射液滴韦伯数对冠状结构破碎形式有显著影响,随着液膜黏度降低和液滴韦伯数增大,冠状结构破碎过程由不破碎向飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎演变。

关键词：单液滴薄液膜冠状结构破碎二次液滴

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对流效应下幂律流体接触熔化理论及实验研究

工程热物理学报 2023年第1期44卷 162-170页

作者：胡楠许哲文李梓瑞范利武浙江大学能源工程学院热工与动力系统研究所杭州310027 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

接触熔化是一种具有高传热速率的固液相变形式,但现有研究通常假设相变材料为牛顿流体,也未考虑熔融薄液膜内的对流效应。本文基于幂律流变模型和标度分析建立了对流效应下典型非牛顿流体接触熔化的理论模型,利用基于拍照记录法和激光... 详细信息

接触熔化是一种具有高传热速率的固液相变形式,但现有研究通常假设相变材料为牛顿流体,也未考虑熔融薄液膜内的对流效应。本文基于幂律流变模型和标度分析建立了对流效应下典型非牛顿流体接触熔化的理论模型,利用基于拍照记录法和激光干涉法分别测量了瞬时熔化率和薄液膜厚度。结果表明,模型能准确地预测幂律流体接触熔化过程中的熔化速率和液膜厚度变化规律,液膜中的对流效应会降低固液相界面上的热通量从而导致熔化速率降低。液膜内对流受斯蒂芬数Ste、幂律系数C和幂律指数n影响,而基本与相变材料的样品高宽比和固液密度比无关。减小幂律系数C和幂律指数n会加速熔化过程,熔化末期的液膜厚度取决于幂律系数C。

关键词：相变材料接触熔化薄液膜幂律流体对流效应

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铜在含氯薄液膜和杂色曲霉作用下的腐蚀行为

表面技术 2022年第9期51卷 178-187页

作者：冯亚丽李雪鸣赵永姚琼邹士文肖葵北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学国家材料腐蚀与防护科学数据中心北京100083 63810部队海口571000 航天材料及工艺研究所北京100076

目的研究纯铜在含氯液膜和霉菌共同作用下的腐蚀行为与机理。方法将海南文昌采集的一株野生杂色曲霉接种到质量分数分别为0.9%和3.5%的NaCl溶液中制成孢子悬浮液,将孢子悬浮液均匀喷洒到铜试样表面后进行恒温恒湿试验,试验不同周期后采... 详细信息

目的研究纯铜在含氯液膜和霉菌共同作用下的腐蚀行为与机理。方法将海南文昌采集的一株野生杂色曲霉接种到质量分数分别为0.9%和3.5%的NaCl溶液中制成孢子悬浮液,将孢子悬浮液均匀喷洒到铜试样表面后进行恒温恒湿试验,试验不同周期后采用体视学显微镜、扫描电子显微镜观察铜试样的腐蚀形貌,采用X射线光电子能谱仪分析试验14 d的试样表面和氩离子刻蚀15 s后的成分。结果纯铜在NaCl薄液膜下的腐蚀产物具有明显的双层结构,内层靠近基体的为致密的Cu_(2)O钝化层,外层为疏松的Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)和Cu_(2)(OH)3Cl组成的Cu(Ⅱ)碱式盐;无菌时,铜表面出现大量蓝绿色的Cu(Ⅱ)碱式盐,杂色曲霉存在时,铜表面腐蚀产物主要为红棕色的Cu_(2)O钝化膜,仅有少量Cu(Ⅱ)碱式盐零星分布在Cu_(2)O膜外层;0.9%NaCl薄液膜与霉菌共同作用时,试样表面腐蚀产物主要为Cu_(2)O,当薄液膜中盐的质量分数升高到3.5%时,霉菌数量减少,Cu(Ⅱ)碱式盐较0.9%NaCl薄液膜组增多。结论纯铜的腐蚀产物由内层的Cu_(2)O钝化层、外层的Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)和Cu_(2)(OH)_(3)Cl组成双层结构。杂色曲霉通过呼吸作用影响液膜中的O_(2)浓度进而影响铜的腐蚀产物组成,霉菌存在时腐蚀产物中Cu(Ⅱ)碱式盐显著减少。含氯液膜与霉菌共同作用时,液膜中的NaCl浓度通过影响杂色曲霉的生长活性而影响腐蚀产物组成。

关键词：纯铜腐蚀薄液膜杂色曲霉 NaCl浓度腐蚀产物

液膜厚度对固态超滑表面在薄液膜下腐蚀行为的影响

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中国腐蚀与防护学报 2023年第4期43卷 862-870页

作者：任黄威廖伯凯崔琳晶项腾飞安徽工业大学建筑工程学院马鞍山243002 广州大学化学化工学院广州510006 先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243002

利用电沉积法在低碳钢表面上构建了多孔微纳结构并灌注润滑剂制备出一种稳定的固态超滑表面(SSS)。采用电化学测试,扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段研究不同液膜厚度(500,250,100和50μm)下SSS腐蚀防护行为及腐蚀后的微观结构变... 详细信息

利用电沉积法在低碳钢表面上构建了多孔微纳结构并灌注润滑剂制备出一种稳定的固态超滑表面(SSS)。采用电化学测试,扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段研究不同液膜厚度(500,250,100和50μm)下SSS腐蚀防护行为及腐蚀后的微观结构变化规律。结果表明:在薄液膜腐蚀初期,随着薄液膜厚度的降低,SSS的腐蚀行为呈现较小差异,在100μm厚度时SSS具有最大的阻抗,浸泡1 d后极限扩散电流密度为4.899×10^(-6)A·cm^(-2)(在-1.4 V电位下),拟合后的阻抗值达到1.54×10^(5)Ω·cm^(2);即使浸泡7 d后仍具有6.98×10^(4)Ω·cm^(2)的阻抗值,并难以检测到腐蚀产物的生成,表现出优异的稳定性和耐蚀性。

关键词：固态超滑表面电化学测试薄液膜腐蚀行为润湿性

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不同含水量红壤中X80管道钢的腐蚀行为

腐蚀与防护 2023年第5期44卷 1-6页

作者：门立国霍冠良秦龙龙马玉宝闫茂成陈利琼西南石油大学成都610599 国家管网集团西南管道有限责任公司成都610000 中国科学院金属研究所沈阳110016

通过开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等电化学测试研究了不同含水量红壤中X80管道钢的腐蚀行为。结果表明:X80管道钢的自腐蚀电位、腐蚀速率、腐蚀类型均与红壤含水量及X80管道钢表面吸附薄液膜密切相关。随红壤含水量增大,X80... 详细信息

通过开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等电化学测试研究了不同含水量红壤中X80管道钢的腐蚀行为。结果表明:X80管道钢的自腐蚀电位、腐蚀速率、腐蚀类型均与红壤含水量及X80管道钢表面吸附薄液膜密切相关。随红壤含水量增大,X80管道钢表面吸附液膜的连续性增大,开路电位下降,腐蚀电流密度增大,X80管道钢的腐蚀模式从局部腐蚀变为均匀腐蚀。

关键词：管道钢土壤腐蚀红壤含水量薄液膜

模拟海洋大气环境下生物矿化膜抑制低合金钢腐蚀行为研究

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表面技术 2021年第6期50卷 272-280页

作者：赵倩玉惠芯蕊王亚楠高珊张才毅郭章伟郭娜刘涛上海海事大学宝山钢铁股份有限公司

目的通过微生物诱导矿化在低合金钢表面制备生物矿化膜,减缓低合金钢在海洋环境中的大气腐蚀。方法采用生物矿化的原理,将低合金试样浸入一种海洋假交替单胞菌(Pseudoalteromonas lipolytica)培养液中生成生物矿化膜,通过电化学测试(电... 详细信息

目的通过微生物诱导矿化在低合金钢表面制备生物矿化膜,减缓低合金钢在海洋环境中的大气腐蚀。方法采用生物矿化的原理,将低合金试样浸入一种海洋假交替单胞菌(Pseudoalteromonas lipolytica)培养液中生成生物矿化膜,通过电化学测试(电化学阻抗、极化曲线)、开尔文探针测试等方法检测薄液膜下生物矿化膜对金属的保护效果,并结合扫描电子显微镜、白光干涉仪、红外光谱等技术对样品的表面形貌和生物矿化膜的组成结构进行分析。通过极化曲线测试,选用腐蚀最严重的50μm薄液膜进行实验。结果覆有生物矿化膜的样品在薄液膜下浸泡24 d时,白光干涉图中未发现腐蚀现象,说明此时生物矿化膜可以很好地保护样品。浸泡30 d后,样品表面产生局部腐蚀,说明此时生物矿化膜的保护性能下降。此外,SKP测试中,浸泡前24 d,伏打电位由–0.16 V降至–0.2 V,较为缓慢,但从24 d浸泡到30 d时,伏打电位由–0.2 V降为–0.45 V,腐蚀电位也进一步负移,并且在盐雾试验照片中,可肉眼观察到30 d时金属表面出现了腐蚀产物。通过红外光谱峰值分析发现,24d后,生物矿化膜中有机物的振动峰峰值降低或消失,矿化膜出现缺陷,金属开始腐蚀。结论在薄液膜的浸泡下,生物矿化膜可以很好地保护金属在前24 d内不被腐蚀。浸泡30 d后,矿化膜出现缺陷,无法避免腐蚀介质与金属接触,故此时保护作用下降。

关键词：低合金钢大气腐蚀生物矿化膜薄液膜电化学测试卡尔文探针测试技术

飞机多金属耦合在溶液状态与大气状态下的腐蚀行为对比及当量折算研究

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材料导报 2020年第4期34卷 118-125页

作者：黄海亮陈跃良张勇卞贵学王晨光吴省均海军航空大学青岛校区

本研究改进了薄液膜测厚装置与电化学测量装置,搭建了溶液电化学测量平台,得到了飞机材料体系中7050铝合金、Aermet100高强钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢和QA110-4-4铜合金极化曲线及由它们构成的四电极体系中各电极表面的电偶电流;分别构建基... 详细信息

本研究改进了薄液膜测厚装置与电化学测量装置,搭建了溶液电化学测量平台,得到了飞机材料体系中7050铝合金、Aermet100高强钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢和QA110-4-4铜合金极化曲线及由它们构成的四电极体系中各电极表面的电偶电流;分别构建基于二次电流分布和壳电流分布的Comsol仿真模型,得到了溶液状态下和100μm液膜下四电极体系的电位和电流密度分布;将四种金属放入溶液状态和大气状态下得到的腐蚀形貌与仿真得到的电位分布进行了对比分析,并对四电极体系中各电极表面进行局部电流密度的面积分,计算得到各电极表面的电偶电流,与测试得到的电流值进行了比较。结果表明:四电极体系中各电极表面电偶电流仿真值与测量值误差在10%以内,液膜状态下多电极表面电位分布区间要远远大于溶液状态下,对比分析腐蚀形貌与仿真电位分布,可以看出仿真得到的表面电位分布高于自腐蚀电位的电极且均出现不同程度的腐蚀损伤,而对低于自腐蚀电位的电极表面腐蚀不明显,证明了模型对电位分布预测的准确性;Aermet100钢在溶液和100μm液膜下出现极性反转现象,在液膜状态下Aermet100钢与7050铝合金作为多电极体系阳极,存在一定竞争关系,使得液膜状态下铝合金腐蚀坑数量和表面电偶电流要小于溶液状态下,铜合金和不锈钢在四电极体系中无论液膜状态还是溶液状态均充当阴极,极性不发生改变。根据腐蚀损伤等效原则,分别计算了溶液状态和液膜状态下不同面积比7050铝合金和Aermet100高强钢的折算系数,这对飞机环境适应性考核广泛采用的加速环境谱中折算系数的选取有一定的参考价值。

关键词：当量折算大气腐蚀薄液膜仿真预测多电极耦合