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原位生长的CNTs@MoS_(2)杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

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表面技术 2024年第4期53卷 200-210页

作者：王晓明朱耿增金义杰贾丹段海涛詹胜鹏杨田凃杰松章武林马利欣国网山东省电力公司电力科学研究院济南250003 武汉材料保护研究所特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030

目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS_(2)杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SE... 详细信息

目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS_(2)杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS_(2)杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS_(2)/WES)中,通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs/WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS_(2)/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比,CNTs@MoS_(2)/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS_(2)/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40min后背面温度最低(133.3℃),这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论制备的CNTs@MoS_(2)杂化物表现出稳定的网络交织结构,有效提高了它在涂料中的分散性能。此外,CNTs@MoS_(2)/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS_(2)/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面,阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性,抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏,提升了涂层膨胀倍率;3)MoS_(2)提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成,减少了裂纹和孔隙的产生。

关键词：碳纳米管(CNTs) 二硫化钼(MoS_(2)) 协同效应耐火性能阻燃机理

TC4钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究

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表面技术 2024年第5期53卷 69-77页

作者：刘畅张春晖杜鹏程许建亮高名传陈同舟武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉船用机械有限责任公司武汉430080 凌云科技集团有限责任公司武汉430030

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构... 详细信息

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能,采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与TC4钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果Ni50和NiCr涂层的硬度分别为680HV0.3和438HV0.3,低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层硬度1120HV0.3。在高载荷作用下,由于Ni50和NiCr涂层的硬度较低,导致其颗粒界面出现裂纹,断裂韧性测试表现低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层。3种涂层的摩擦系数及波动均大于TC4钛合金基材。Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层对TC4的切削和NiCr涂层对TC4的黏着导致了TC4对磨副的严重磨损。中等硬度的Ni50涂层对TC4的切削和黏着作用分别弱于Cr_(3)C_(2)-NiCr和NiCr涂层,TC4对磨副的磨损损失最低。结论采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50涂层可以降低TC4钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失,本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案。

关键词： HVOF TC4钛合金 Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层 Ni50涂层断裂韧性摩擦学性能

CrN/TiAlN多层涂层的微观结构和摩擦磨损性能

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中国表面工程 2024年第3期37卷 232-241页

作者：田峰段海涛潘邻许鑫宇秦江林魏琴琴罗国强国营武汉新宇机器厂武汉430060 武汉材料保护研究所特种表面防护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行,底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效,在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多... 详细信息

特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行,底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效,在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多层CrN/TiAlN涂层,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、表面轮廓仪、纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机,研究涂层的微观结构、机械性能和摩擦磨损性能。结果表明单层CrN涂层厚度为0.87μm,其硬度和模量最小为19.49 GPa和160.53 GPa。CrN/TiAlN多层涂层的硬度和模量明显提高,且随过渡层厚度增加而增大,4CrN/TiAlN涂层的硬度和模量可达到39.86 GPa和386.72 GPa。在空气环境下的摩擦磨损试验中,单层CrN涂层被快速破坏;CrN/TiAlN多层涂层的平均摩擦因数随着过渡层厚度的增加先增大后减小,最大磨损深度和磨痕截面积不断下降。4CrN/TiAlN涂层具有最优摩擦磨损性能,其平均摩擦因数为0.792 5,磨痕截面积为315.09μm^(2),磨损机理为磨粒磨损和少量粘着磨损。提高过渡层厚度能够降低基体的塑性变形,降低涂层与基体的物理性能差异,减少涂层开裂并提高涂层摩擦磨损性能。通过调控过渡层厚度获得性能优异的CrN/TiAlN多层涂层,研究成果可应用于车辆旋转密封件上,显著提高密封工作面耐磨损性能。

关键词： 45#钢 CrN涂层 CrN/TiAlN 多层涂层耐磨性磨损机制

CCSA和Q235B钢在长江淡水环境中腐蚀行为研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 735-744页

作者：张照易周学杰陈昊吴军陈志飈陈志坚中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 湖北武汉大气淡水环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站武汉430030 中国船级社武汉规范研究所武汉430030

利用形貌分析、腐蚀失重、X射线衍射仪(XRD)、电化学方法开展对CCSA和Q235B两种船用钢板材料在长江淡水环境中不同区域(大气区、水线区、水下区)暴露0.5、1、2、3、4和7 a腐蚀行为的研究。结果表明,两种碳钢在长江淡水环境发生明显腐蚀... 详细信息

利用形貌分析、腐蚀失重、X射线衍射仪(XRD)、电化学方法开展对CCSA和Q235B两种船用钢板材料在长江淡水环境中不同区域(大气区、水线区、水下区)暴露0.5、1、2、3、4和7 a腐蚀行为的研究。结果表明,两种碳钢在长江淡水环境发生明显腐蚀,且腐蚀形貌十分相似,腐蚀发展均遵循幂函数规律;在大气区、水线区和水下区,第7 a CCSA的腐蚀率分别为8、77和40μm·a^(-1),Q235B的腐蚀率分别为9、80和41μm·a^(-1),在水线区腐蚀最为严重。腐蚀产物成分中除泥沙外,主要包含α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)/γ-Fe_(2)O_(3)。综合电化学分析结果,CCSA较Q235B具有更好的耐蚀性,长江淡水环境不同区域对碳钢腐蚀快慢程度由大到小排序为:水线区>水下区>大气区。

关键词： CCSA Q235B 长江淡水环境腐蚀

风力发电机叶片覆冰机理及防除冰技术研究进展

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表面技术 2024年第12期53卷 50-65页

作者：郭时毅安江峰吴军郑鹏华中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 湖北武汉大气淡水环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站武汉430030 新疆尉犁大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站新疆尉犁841500

在“双碳”政策下,绿色能源在能源体系中的占比越来越大。风力发电以其原料来源广、污染少、发电量大等优点成为国家重点发展的方向之一。随着风力发电的快速发展,风力发电机覆冰问题愈发凸显。为了解决这一问题,研究人员基于生物仿生... 详细信息

在“双碳”政策下,绿色能源在能源体系中的占比越来越大。风力发电以其原料来源广、污染少、发电量大等优点成为国家重点发展的方向之一。随着风力发电的快速发展,风力发电机覆冰问题愈发凸显。为了解决这一问题,研究人员基于生物仿生学开发了具有优异防除冰性能的超疏水涂层,并广泛应用。目前,防止风机结冰最常用和最直接的方法是主动加热技术。综述了风力发电机覆冰的基本理论,介绍了覆冰产生的原因及危害,将覆冰抽象为过冷水滴在下降过程中撞击风力发电机叶片并黏附在叶片上,与叶片表面发生复杂热交换后凝结成冰的模型。概述了目前国内外常用的风力发电机防除冰方法,分析了不同被动和主动防除冰技术的优缺点。通过研究工程应用案例发现,单一的被动或主动防除冰技术存在防除冰能力有限、能耗高、效率低等问题,将不同的防除冰技术组合使用、互相补充,更能满足多样化实践需求,成为目前研究的热点和重点。在优化当前防除冰技术的基础上,采用组合防除冰技术具有良好的发展前景。

关键词：风力发电机叶片覆冰机理防除冰组合策略

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碳钢和高强钢在南海大气环境中的初期腐蚀行为研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年第1期44卷 237-245页

作者：王靖羽周学杰王洪伦吴军陈昊郑鹏华武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 武汉大气淡水环境材料腐蚀国家野外观测科学研究站武汉430030 航天发射场可靠性技术重点实验室海口571126

通过在海南文昌地区大气腐蚀试验站进行的南海大气环境户外腐蚀试验,对比分析碳钢和3种高强钢腐蚀性能的优劣,为开发耐南海大气腐蚀用钢提供数据支撑和理论依据。分别选用Q235B、Q350EWR1、Q355和Q345NQR2等4种钢材作为研究对象,在南海... 详细信息

通过在海南文昌地区大气腐蚀试验站进行的南海大气环境户外腐蚀试验,对比分析碳钢和3种高强钢腐蚀性能的优劣,为开发耐南海大气腐蚀用钢提供数据支撑和理论依据。分别选用Q235B、Q350EWR1、Q355和Q345NQR2等4种钢材作为研究对象,在南海大气环境中进行为期0.5和1 a的户外曝露腐蚀试验,通过试样宏观形貌观察、腐蚀失重分析和电化学分析等手段研究其腐蚀行为机制。4种试样表面均发生严重的均匀腐蚀,综合各项分析结果,4种钢材在南海海洋大气环境中的耐蚀性能排序为:Q355> Q345NQR2> Q235B>Q350EWR1。

关键词：南海海洋大气环境大气腐蚀试验高强钢电化学测试

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HDR钢在海洋环境中的腐蚀行为

腐蚀与防护 2024年第10期45卷 77-81页

作者：吴正江王博杨飞陈文锐李冬冬武汉第二船舶设计研究所武汉430064 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030

依据海洋设备的实际服役条件,采用腐蚀电化学测试、人造海水试验、三亚实海腐蚀试验等方法,研究了HDR钢在海洋环境中的腐蚀行为。结果表明:HDR钢在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中的自腐蚀电位E_(corr)为-0.1516 V,腐蚀电流密度J_(corr)为3.4... 详细信息

依据海洋设备的实际服役条件,采用腐蚀电化学测试、人造海水试验、三亚实海腐蚀试验等方法,研究了HDR钢在海洋环境中的腐蚀行为。结果表明:HDR钢在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中的自腐蚀电位E_(corr)为-0.1516 V,腐蚀电流密度J_(corr)为3.46×10^(-7)A·cm^(-2),极化曲线无钝化区;HDR钢在盐雾/干/湿交替循环试验中的腐蚀速率为0.3690μm/a,在人造海水中的腐蚀速率为0.3742μm/a,在三亚实海中的腐蚀速率从3个月时的0.91μm/a降至24个月时的0.08μm/a;综合评价HDR钢耐海水腐蚀性能优异,经过2 a实海腐蚀试验后,HDR钢主要发生了局部腐蚀,可作为现役材料40Cr、2Cr13的替换材料。

关键词： HDR钢舰艇海洋环境局部腐蚀

火焰喷涂纯锌和Zn-Al合金涂层的耐腐蚀性能

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机械工程材料 2024年第8期48卷 9-17页

作者：刘畅高名传袁振南余斯亮陈同舟中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030

在6061-T6铝合金表面制备了火焰喷涂纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层,研究了不同涂层的微观形貌、耐中性盐雾腐蚀性能和电化学性能。结果表明:纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层截面结构致密,孔隙率依次降低,与基体呈机械结合;经... 详细信息

在6061-T6铝合金表面制备了火焰喷涂纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层,研究了不同涂层的微观形貌、耐中性盐雾腐蚀性能和电化学性能。结果表明:纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层截面结构致密,孔隙率依次降低,与基体呈机械结合;经中性盐雾腐蚀后,纯锌、Zn-15Al合金与Zn-30Al合金涂层的腐蚀质量增加和腐蚀速率依次减小,Zn-30Al合金涂层表现出最好的耐中性盐雾腐蚀性;在人工海水溶液中,3种涂层的开路电位均低于铝合金基体,可以对基体进行牺牲阳极保护;相比纯锌涂层,Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层的自腐蚀电流密度更小,自腐蚀电位更高,腐蚀速率更小,腐蚀倾向更低;随着浸泡腐蚀时间延长,Zn-15Al合金涂层的耐腐蚀性能无显著变化,Zn-30Al合金涂层的耐腐蚀性能逐渐增强。Zn-30Al合金涂层表现出最好的耐电化学腐蚀性。

关键词：火焰喷涂纯锌涂层 Zn-Al合金涂层盐雾试验电化学耐蚀性

Inconel 718及其渗铝涂层在Na_(2)SO_(4)+5%NaCl混合盐膜下的热腐蚀行为

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 623-634页

作者：胡琪耿树江王金龙王福会孙清云吴勇夏思瑶东北大学、沈阳材料科学国家研究中心东北大学联合研究分部沈阳110819 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030

采用化学气相沉积(CVD)工艺在镍基高温合金Inconel 718上制备了铝化物涂层,研究了Inconel 718合金及其渗铝涂层在750,850和950℃空气中Na_(2)SO_(4)+5%(质量分数)NaCl混合盐膜下的热腐蚀行为。结果表明:基体表现出较差的抗腐蚀性能,且... 详细信息

采用化学气相沉积(CVD)工艺在镍基高温合金Inconel 718上制备了铝化物涂层,研究了Inconel 718合金及其渗铝涂层在750,850和950℃空气中Na_(2)SO_(4)+5%(质量分数)NaCl混合盐膜下的热腐蚀行为。结果表明:基体表现出较差的抗腐蚀性能,且温度越高腐蚀越严重;腐蚀初期表面腐蚀产物主要由Cr_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)组成,而随着腐蚀时间增加,尖晶石为主要腐蚀产物。此外,基体合金在850和950℃时的腐蚀膜疏松多孔,观察到开裂和剥落,抗腐蚀能力差;而渗铝涂层表现良好,腐蚀期间表面会形成Al_(2)O_(3)膜,极大提高了基体合金的抗腐蚀性能。虽然当腐蚀温度升高或腐蚀时间增加时,涂层会发生明显退化,且会导致腐蚀膜出现裂纹、孔洞等缺陷,其与涂层结合不紧密,但仍能在很大程度上有效保护基体。

关键词： Inconel 718 CVD渗铝涂层 Na_(2)SO_(4)+5%NaCl 热腐蚀