2015年, 第44卷, 第12期　
刊出日期：2015-12-20

  

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专题———石油石化行业中的腐蚀与防护
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  纳米二氧化钛浓缩浆对硼酚醛环氧涂料性能的影响

  王震宇, 韩恩厚, 刘福春, 柯伟, 揭敢新, 王俊, 黄海军

  表面技术. 2015, 44(12): 1-5. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.001

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  目的 提高硼酚醛环氧涂料的耐腐蚀性、表面接触角、粘结强度及耐磨性等。 方法 用纳米二氧化钛浓缩浆改性硼酚醛环氧涂料,制备耐温耐蚀型纳米复合涂料。 通过高温高硫原油浸泡试验评价纳米复合涂层的耐腐蚀性能,通过扫描电镜观察、表面接触角测试、粘结强度测试和耐磨性测试等手段分析纳米二氧化钛浓缩浆对涂层性能的影响。 结果 硼酚醛环氧纳米复合涂层在 100 ℃ 高硫原油腐蚀浸泡后,微观上没有出现腐蚀坑和裂纹。 添加 2% 纳米二氧化钛浓缩浆的硼酚醛环氧纳米复合涂层与未添加纳米粒子的硼酚醛环氧涂层相比,抗渗性与耐磨性有所提高。 720 h 腐蚀试验后,纳米复合涂料的粘结强度由试验前的 7. 7 MPa 降低至 6. 9 MPa。 腐蚀过程中,其表面接触角比非纳米涂层高 4° ~ 7°。 结论 高温高硫原油没有破坏硼酚醛环氧纳米复合涂层的形貌结构、粘结强度和耐磨性。 添加 2% 纳米二氧化钛提高了涂层的抗渗透性和表面接触角。
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  316L 不锈钢 TIG 焊接接头在 H2 S 溶液中的钝化性能

  卢向雨, 姚胜, 唐俊荣, 赵刘明, 冯兴国

  表面技术. 2015, 44(12): 6-11. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.002

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  目的 研究 316L 不锈钢 TIG 焊接接头各区域在不同浓度 H2S 溶液中的钝化及耐蚀性能差异。方法 在 H2S 质量浓度为 0. 05,0. 1,0. 2,0. 4,0. 8 g/ L 的 H2S 溶液中,通过极化曲线、恒电位阶跃、阳极极化、交流阻抗等方法,分别研究 316L 奥氏体不锈钢 TIG 焊接接头的母材区和焊缝区的钝化性及耐蚀性能。 结果 随着 H2S 浓度的增加,焊接接头母材区和焊缝区的钝化性能都所有降低,电化学活性都明显升高,且腐蚀电位逐渐降低,腐蚀电流密度有所增加。 交流阻抗拟合结果显示,母材区和焊缝区的抗腐蚀性能指标(R1+R2)随着 H2S 浓度的升高而降低。 此外,在相同浓度的 H2S 溶液中,焊缝区的腐蚀电位、钝化性能、阻抗都比母材区低,而电化学活性、腐蚀电流密度都比母材区高。 同时,随着 H2S 浓度的升高,焊缝区与母材区的钝化性能、耐腐蚀性差距逐渐变大。 结论 随着 H2S 溶液浓度的增加,316L 不锈钢 TIG焊接接头母材区和焊缝区的钝化性能逐渐降低,耐蚀性下降,且二者耐蚀性的差距逐渐加大。 在相同浓度的 H2S 溶液中,母材区的耐蚀性比焊缝区好。
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  杂散电流干扰和阴极保护作用下碳钢腐蚀规律研究

  查鑫堂, 张建文, 陈胜利, 赵景茂, 姜瑞景

  表面技术. 2015, 44(12): 12-18,26. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.003

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  目的 探讨杂散电流和阴极保护二者共同作用对碳钢腐蚀的影响。 方法 在碳钢管表面手工涂刷涂层并制造小块破损点,研究 Q235 碳钢在涂层破损后,受单纯直流杂散电流干扰、单纯阴极保护以及二者共同作用时随时间变化的电化学交流阻抗图谱(EIS),通过图谱信息以及图谱数据拟合进行分析。结果 所有条件下,Bode 图低频阻抗和 Nyquist 图容抗弧半径都随时间延长而逐渐增加。 通过图谱和数据拟合发现,单纯杂散电流条件下,杂散电流越大,电化学阻抗越小,浸泡 15 天时,20 mA 杂散电流条件下的极化电阻达到 200 mA 条件下的 4 倍。 阴极保护对杂散电流腐蚀具有防护作用,无论是单独施加阴保,还是杂散+阴保共同作用,-1000 mV(vs. CSE)与-850 mV(vs. CSE)横向对比,总是-1000 mV 条件下的极化电阻更高。 一定程度上,阴保电位越负,极化电阻越大,保护效果越好。 结论 在一定范围内,不论是单独施加,还是共同作用,总是杂散电流越小,阴极保护电位越负,对碳钢的保护效果越好,腐蚀程度越轻。 利用电化学交流阻抗技术监测管道腐蚀状况是可行的。
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  唑类缓蚀剂在铜表面的吸附机理

  廉兵杰, 石泽民, 徐慧, 赵起锋, 王木立, 姜云瑛, 胡松青

  表面技术. 2015, 44(12): 19-26. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.004

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  目的 对比三氮唑(TA)和苯并三氮唑(BTA)两种缓蚀剂的缓蚀性能,明确两种缓蚀剂在铜表面的吸附类型,并从实验和分子模拟角度解释其吸附机理。 方法 采用动电位极化曲线法测试两种缓蚀剂的缓蚀效率,采用吸附等温拟合方法确定两种缓蚀剂的吸附类型,采用分子模拟中的量子化学计算方法计算两种缓蚀剂在铜表面的吸附能、形变电荷密度和分波态密度等参数,深入揭示其吸附机理。 结果在不同浓度下,BTA 的缓蚀效率均大于 TA。 两种缓蚀剂浓度与覆盖度的关系符合 Langmuir 吸附模型,其吸附自由能介于-35 ~ -37 kJ/ mol 之间。 BTA 在铜表面的吸附能绝对值(顶位为 4. 41 eV,桥位为 4. 36eV)要大于 TA 的吸附能绝对值(3. 28 eV),吸附过程发生了明显的电荷转移,电子云处于两个成键原子之间,且 N 原子 s,p 轨道与 Cu 原子 d 轨道发生重叠。 中性和质子化形式的两种缓蚀剂分子均可在铜表面发生平行吸附。 结论 由于 BTA 在铜表面的吸附能力强于 TA,因此 BTA 的缓蚀性能优于 TA。 两种缓蚀剂在铜表面既能发生化学吸附,又能发生物理吸附。 化学吸附是由于 N 原子的 s,p 轨道与 Cu 原子d 轨道相互作用所致,物理吸附是由于中性分子的范德华相互作用和质子化分子的静电相互作用所致。
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  储油罐环氧基钛纳米复合导静电涂层耐蚀性能

  郭超, 史殊哲, 赵景茂, 阎庆玲, 尤雪梅

  表面技术. 2015, 44(12): 27-32. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.005

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  目的 研究钛纳米填料粒径和含量对环氧基钛纳米复合导静电涂层耐蚀性能的影响。 方法将不同粒径的钛纳米粉(经聚乙烯基吡咯烷酮表面预处理)按不同量加入双酚 A(E)型环氧树脂中,之后涂覆在 Q235 钢表面形成导静电复合涂层。 通过表面电阻测试、截面形貌观察、电化学极化曲线和阻抗谱测试,分别评价复合涂层的导静电性能、截面结构和耐蚀性。 结果 钛纳米粉添加量(占涂层质量百分比)为 28% 时,随着钛纳米粉粒径从 40 nm 增大到 200 nm,环氧基复合导静电涂层的表面电阻降低,截面结构更加杂乱,添加 100 nm 钛纳米粉的涂层阻抗和极化曲线阳极电流分别出现最大值和最小值。 添加的钛纳米粉粒径为 100 nm 时,随着添加量从 7% 增至 28% ,环氧基复合导静电涂层的表面电阻降低,截面孔洞增大,阻抗值降低,极化曲线阳极电流增大。 结论 钛纳米填料的加入可以有效提高涂层的导静电性能、致密性和耐蚀性。 当添加量为 28% 时,钛纳米粒径大于 100 nm 后,涂层截面形貌更加杂乱,耐
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  非金属衬里材料在烟气脱硫装置上的应用

  许兰飞, 崔新安, 刘希武, 李晓炜

  表面技术. 2015, 44(12): 33-40. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.006

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  催化裂化再生装置中产生的烟气是炼油企业污染物的主要来源。 根据国家环保标准的要求,炼厂必须采用烟气脱硫装置(FGD)来控制二氧化硫的排放。 烟气脱硫装置所处腐蚀环境极为恶劣,若不采取有效的防护措施,将影响整个系统的安全稳定运行。 烟气脱硫装置如果整体采用耐蚀合金材料,价格昂贵。 介绍了适用于烟气脱硫装置的几种非金属衬里及其性能和应用区域,包括橡胶衬里、玻璃鳞片树脂衬里、耐蚀胶泥、耐蚀砖板衬里、整体玻璃钢等常用非金属衬里,以及聚脲、纳米复合涂料等新型高性能防腐蚀涂料等。 橡胶衬里的耐化学腐蚀性和抗介质渗透性较好,但耐温性差,一般用于机械负荷大而内部环境温度较低的区域,如吸收塔内部、浆液系统和烟道。 玻璃鳞片树脂衬里的综合性能较好,被广泛应用于烟道、吸收塔等烟气脱硫装置的各个区域。 玻璃钢衬里多用于脱硫系统中的输送管道和吸收塔内喷淋管道等部位。 胶泥和耐蚀砖板衬里是应用较早的防腐蚀技术,其抗冲击性能差。 聚脲和纳米复合涂料是重防腐蚀涂料,是 FGD 装置腐蚀防护的新技术,虽然在炼厂脱硫装置中有一些应用,但其使用效果还有待证明。
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  炼油加工过程中氯离子与硫离子对 316L 不锈钢和Monel 合金腐蚀的影响

  孙亮, 侯艳宏, 杨席, 张志恒, 朱元强, 王虎, 唐鋆磊

  表面技术. 2015, 44(12): 41-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.007

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  目的 研究常减压装置高温原油馏分及塔顶水相中氯离子、硫离子含量对 316L 不锈钢和 Monel合金(镍基合金)腐蚀的影响。 方法 通过腐蚀挂片实验,获得 316L 不锈钢和 Monel 合金在含不同浓度氯离子和硫离子的水相、油相中的腐蚀速率变化规律。 利用扫描电子显微镜,研究 316L 和 Monel 合金表面腐蚀后的微观形貌,探讨两种离子对 316L 不锈钢和 Monel 合金腐蚀的影响规律。 结果 在酸值较高的脱后原油中,316L 不锈钢和 Monel 合金的腐蚀速率分别为 0. 0091,0. 0248 mm/ a;在酸值较低的常二段馏分中,316L 不锈钢和 Monel 合金的腐蚀速率分别为 0. 0078,0. 0031 mm/ a。 在常二段馏分中,加入 600mg/ L 氯离子和 30 mg/ L 硫化钠时,316L 不锈钢和 Monel 合金的腐蚀速率分别为 0. 1755,0. 1707 mm/ a。在相同条件的脱后原油中,316L 不锈钢的腐蚀速率为 0. 0545 mm/ a,Monel 合金的腐蚀速率为 0. 1281mm/ a。 结论 油相中氯离子含量较低时,环烷酸腐蚀占主导因素;而氯离子含量达到较高水平后,氯离子对腐蚀的影响占主导作用。 316L 不锈钢和 Monel 合金的腐蚀速率都随氯离子含量的增加而增加,并且硫离子的存在对腐蚀也有一定的促进作用。 在塔顶水相中,氯离子和硫离子均对 Monel 合金腐蚀的影响不大。
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  金属防护用超疏水表面主要制备方法及应用研究进展

  赵欢, 吕晓璇, 周圣文, 方亮, 王力

  表面技术. 2015, 44(12): 49-55,97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.008

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  金属及其合金制品的腐蚀给人类带来巨大危害。 主要从金属表面超疏水的角度探究金属的防护,在介绍超疏水表面相关理论的基础上,详细综述了国内外金属基体超疏水表面的最新研究进展和应用,讨论了化学腐蚀法、激光毛化技术、喷涂法、电化学技术、水热法、等离子体处理技术、置换沉积法、溶液浸泡法、复合法等超疏水表面制备技术的研究进展,这些技术都在一定程度上实现了金属表面超疏水性能,接触角达到 150°以上,滚动角小于 10°。 除此之外,还介绍了超疏水表面在装饰金属材料、耐腐蚀、自清洁、防结冰、抗菌等方面的应用。 最后指出了金属基体超疏水表面制备在工业应用中存在的缺陷,并对今后的发展方向进行了展望。
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  采油用高温缓蚀阻垢剂的研究及应用

  杜清珍, 谢刚, 姜伟祺, 闫暄崎, 朱克华, 魏爱军

  表面技术. 2015, 44(12): 56-61,74. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.009

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  目的 通过化学防腐技术,解决油田生产中高温油井腐蚀结垢影响油田正常生产的难题。 方法进行埂娆失重实验和容量分析实验,开展现场水质分析和垢样分析,通过正交实验研究不同种类缓蚀阻垢剂在不同添加量、不同温度下对缓蚀效率、阻垢效率的影响。 结果 在明确油井腐蚀结垢原因的基础上,有针对性地研制出了以咪唑啉衍生物和有机膦酸盐等为主,以耐高温的氟碳咪唑啉为辅的 HZG 系列缓蚀阻垢剂。 其缓蚀阻垢效果较好,缓蚀率达 90% 以上,阻垢率达 95% 以上,有效缓解了高温油藏(大于100 ℃ )油井井筒腐蚀、结垢的问题。 经 10 口井现场应用,铁离子下降率平均达到 82% ,钙离子浓度明显上升,平均检泵周期延长了 2. 2 倍。 结论 氟碳咪唑啉的加入有效提高了缓蚀阻垢剂的耐温性。 HZG 系列缓蚀阻垢剂用于现场的缓蚀阻垢效果较好,解决了高温油井腐蚀结垢的难题。
膜层技术
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  添加硫酸铜对 TC4 钛合金微弧氧化膜性能的影响

  管靖远, 陈泉志, 马晓欣, 唐仕光, 黄祖江, 李伟洲

  表面技术. 2015, 44(12): 62-68. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.010

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  目的 研究 CuSO4 浓度和微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)对 TC4 钛合金微弧氧化膜颜色及性能的影响。 方法 在磷酸钠电解液中,对 TC4 钛合金进行微弧氧化处理,并添加 CuSO4 获得不同颜色的陶瓷膜,对氧化膜的宏观形貌、微观形貌、物相结构以及硬度进行分析。 结果 添加 CuSO4 能使陶瓷膜颜色变深,随着 CuSO4 浓度升高,膜层由灰色逐渐变为红褐色。 当 CuSO4 质量浓度为 0. 5 g/ L 时,氧化膜表面均匀致密,显微硬度最高(627. 1HV);当 CuSO4 质量浓度为 1. 5 g/ L 时,氧化膜显微硬度最低(382. 8HV)。 随着电压升高,膜层颜色加深,色泽更均匀,但表面硬度下降。 在 400 V 条件下制备的氧化膜硬度最低,但是色泽最均匀。 随着氧化时间的延长,氧化膜厚度增加,颜色加深,色泽更为均匀,但是当氧化时间超过 15 min 后,氧化膜颜色变浅。 结论 CuSO4 对微弧氧化膜的显色作用明显,其浓度及微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)均对涂层性能、色泽、致密性、厚度及相组成具有很大的影响。
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  能量输出幅度对电火花沉积 Ni201 修复层界面行为的影响

  赵运才, 刘宗阳, 杨雷雷

  表面技术. 2015, 44(12): 69-74. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.011

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  目的 获得电火花沉积质量较好的 Ni201 修复层。 方法 运用电火花沉积技术,采用 DHD-6000 型电火花沉积设备在 Q235 钢表面制备 Ni201 修复改性层,利用电子扫描显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射(XRD)等检测方法,研究修复层与基体结合界面的微观结构、元素分布、相组成以及修复层表面残余应力。 结果 Ni201 修复层组织均匀致密,基体与修复层之间发生元素扩散;修复层结合界面处主要由 Fe10. 8Ni、γ(Fe,Ni)固溶体、CoFe15. 7 及 Fe 相组成;Ni201 修复层表面残余应力随能量输出幅度的增加而增大,在40% 与45% 能量输出条件下,残余应力分别为-38. 1,-81. 6 MPa,残余应力较小。 结论 Q235 钢基体与 Ni201 修复层元素相互扩散,基体与修复层之间形成了冶金结合,Ni201 修复层为冶金结合层。 再制造修复设备工艺参数选择是决定修复层质量的关键因素,能量输出幅度为 40%的修复层质量优于能量输出幅度为 45% 。
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  真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响

  郑建新, 郝婉君

  表面技术. 2015, 44(12): 75-79,121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.012

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  目的 真空度直接影响着真空冷喷涂时气体流动特性和颗粒撞击速度,研究真空度对气体和颗粒流动特性的影响。 方法 确定真空冷喷涂系统结构,采用 FLUENT 软件进行真空冷喷涂气固两相流研究,通过数值模拟研究真空度对流场和颗粒撞击速度的影响,并研究相同压力比下的气固两相流特性。结果 当入口压力一定时,喷管内的气体轴线速度、密度和温度与环境压力大小无关;而在射流区,环境压力越小,则气体轴线速度波动越小、密度越低,但到达基板后的气体温度均接近喷管入口温度。 环境压力对大粒径颗粒的撞击速度影响较大,颗粒撞击速度随环境压力增大而先增后减,最佳环境压力可根据气相云图和气体密度来确定。 当进出口压力比相同时,喷管内和射流区域内的气相速度云图基本相同,气体轴线速度曲线基本重合,而基板前的颗粒速度不同,此时环境压力越低,颗粒速度越高,越有利于形成涂层。 结论 采用计算流体动力学分析方法厘清了真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响,为涂层制备奠定了理论基础。
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  气相沉积 Ti / TiN 多层薄膜的力学及耐腐蚀性能研究

  张啸宇, 谭俊

  表面技术. 2015, 44(12): 80-84,91. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.013

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  目的 研究多层薄膜的界面对薄膜性能的影响。 方法 通过直流磁控溅射法在 45#钢表面制备TiN 及 Ti/ TiN 多层薄膜,采用扫描电镜和 XRD 衍射分析仪对薄膜表面形貌及相结构进行观察和分析,使用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪对 TiN 及 Ti/ Ti 多层薄膜的力学性能以及残余应力大小进行研究,并运用电化学设备对 TiN 及不同调制周期的 Ti/ Ti 多层薄膜的耐腐蚀性能进行研究。 结果 制备的TiN 及 Ti/ TiN 多层薄膜表面光滑且结构致密,TiN 晶粒细小且为非晶相;薄膜力学性能良好,内部均存在残余压应力。 随着调制周期的减小,弹性模量和硬度先减小后增大,内部残余应力逐渐减小且分布不均匀程度逐渐增大。 薄膜在 H2SO4 中的腐蚀试验表明:当 Ti/ TiN 多层薄膜调制周期为 1 μm 时,多层薄膜的耐腐蚀性能不如 TiN 薄膜,随着 Ti/ TiN 多层薄膜随调制周期的减小,多层薄膜的耐腐蚀性能逐渐升高;当调制周期为 0. 5 μm 时,Ti/ TiN 多层薄膜的耐蚀性能已超过 TiN 薄膜。 结论 Ti/ TiN 多层薄膜界面的增多有助于减小薄膜的残余应力,并且可提高薄膜的耐蚀性能。
表面摩擦与润滑
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  Si 含量对 FeCoCr0. 5 NiBSix 高熵合金涂层组织结构和耐磨性的影响

  吴炳乾, 饶湖常, 张冲, 戴品强

  表面技术. 2015, 44(12): 85-91. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.014

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  目的 研究 Si 含量对激光熔覆 FeCoCr0. 5NiBSix 高熵合金涂层组织结构、硬度和耐磨性的影响。方法 采用激光熔覆技术,在 45 钢基体表面制备了不同 Si 含量的 FeCoCr0. 5NiBSix(x 取 0,0. 1,0. 2,0. 3,0. 4)系列高熵合金涂层,分析涂层的宏观形貌、微观组织及相结构,测试涂层的硬度,通过摩擦磨损实验测试涂层的耐磨性。 结果 熔覆态高熵合金涂层均由 FCC 相和 M2B 相组成,显微组织包括先共晶组织和共晶组织。 随着 Si 含量的增加,FCC 相增多,M2B 相减少,共晶组织由蜂窝状到颗粒状,然后消失。 高熵合金涂层的平均硬度随着 Si 含量的增加而先降低后增加,FeCoCr0. 5NiBSi0. 3的硬度值最小(613HV),FeCoCr0. 5NiBSi0. 4的硬度值最高(820HV)。 高熵合金涂层的磨损体积随着 Si 含量的增加而先增大后减小,FeCoCr0. 5NiBSi0. 3的磨损体积最大(0. 004 06 mm3),FeCoCr0. 5NiBSi0. 4的磨损体积最小(0. 002 33 mm3)。 结论随着 Si 含量增加,涂层的 M2B 相减少,共晶组织逐步消失,耐磨性则先降低后提高。 耐磨性能最好的是FeCoCr0. 5NiBSi0. 4高熵合金涂层。
表面强化及功能化
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  离焦量对 45# 钢表面激光熔覆镍基碳化钨粉的影响

  张德强, 张吉庆, 李金华, 郭忠娟

  表面技术. 2015, 44(12): 92-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.015

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  目的 研究激光熔覆过程中离焦量对熔覆层成形质量的影响。 方法 在扫描速度(2 mm/ s)和送粉电压(8 V)不变的情况下,通过改变熔覆头与基体间的距离和激光功率,对比分析不同离焦量对熔覆层尺寸、洛氏硬度、界面显微硬度和金相组织的影响,并确定最佳离焦量。 结果 当离焦量 DL = 3,4 mm时,熔覆层表面硬度先逐渐增大后趋于稳定,洛氏硬度高达 55 ~ 56HRC;当离焦量 DL = 5,6 mm 时,由于离焦量过大,导致基体与熔覆层冶金结合不牢固,部分粉末颗粒没有充分熔化附着在熔覆层表面,熔覆层质量较差。 同一功率下,随着离焦量的增大相对熔覆层宽度会减小;当离焦量 DL =3 mm 时,冷却速度最大、熔覆层底部由柱状晶沿着熔体最易散热方向生长明显,在熔覆层上部形成了等轴晶组织。 结论 激光熔覆时离焦量是不可忽视的工艺参数之一,最终优化工艺参数为:扫描速度 2 mm/ s,送粉电压 8 V,激光功率 1200 W,最佳离焦量 3 mm。
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  化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的组织结构与防垢性能研究

  雍帆, 付传起, 骆旭梁, 王宙, 姚井龙, 郑学仿

  表面技术. 2015, 44(12): 98-103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.016

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  目的 采用材料测试方法和防垢实验,研究不同工艺条件下的化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的组织结构与防垢性能。 方法 在化学镀 Ni-P 镀层基底上,添加含有钼酸根离子杂多酸盐,在不同工艺条件下化学沉积 Ni-Mo-P 合金镀层,研究化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的表面形貌和组织结构,分析镀液中硼酸含量和钼酸铵含量对镀层沉积速率的影响,观测镀层在结垢实验后的表面形貌并分析结垢速率。通过SEM,XRD 和 EDS 对化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的表面形貌和组织结构进行检测,研究在酸性镀液中硼酸含量对化学镀 Ni-Mo-P 工艺条件的影响。 采用防垢实验测试化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的防垢性能。 结果 在化学镀 Ni-Mo-P 过程中,钼酸根离子杂多酸盐具有稳定作用。 化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的化学沉积镀液的最佳工艺条件为:NiSO4·6H2O 16. 5 g/ L,NaH2PO2·H2O 20 g/ L,钼酸钠 0. 5 ~ 0. 8 g/ L,硼酸 2g/ L,乙酸钠 7. 5 g/ L。 化学镀 Ni-Mo-P 合金镀层的结垢速率明显低于化学镀 Ni-P 镀层,具有良好的防垢能力,形成了非晶态的镀层。 结论 采用化学镀 Ni-P 镀层基底上沉积得到非晶态的 Ni-Mo-P 合金镀层,硼酸具有调节镀液 pH 值和络合作用,非晶态的 Ni-Mo-P 合金镀层平均结垢速率最小值为 0. 58 μm/ h,具有良好的阻垢能力。
表面失效及防护
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  纳米 Y2 O3 预处理对 T91 钢抗高温水蒸汽氧化的影响

  刘光明, 张都清, 任善平

  表面技术. 2015, 44(12): 104-109,136. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.017

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  目的 研究纳米 Y2O3 预处理对 T91 钢抗水蒸汽氧化性能的影响,分析稀土元素作用的机理及长期氧化后的失效机制。 方法 采用将 Y2O3、铝粉、粘结剂制备成料浆涂覆于 T91 钢表面,并在 720 ℃水蒸汽中预处理 48 h。 预处理样品和空白样品同时置于在 700 ℃高温水蒸汽中氧化,获取循环氧化动力学曲线并进行对比,检验预处理对提高材料抗高温水蒸汽腐蚀的效果。 对氧化的样品采用 XRD、SEM/EDS 对氧化物结构、形貌、成分进行分析。 结果 预处理后在样品表面形成了含 Y2O3 的富铬氧化物薄膜。 在高温水蒸汽环境的氧化过程中,试样处理 600 h 时,质量增加轻微,仅为 0. 152 g/ cm2。 但在 600 h后质量增加明显,预处理膜层逐渐退化,表面出现 Fe2O3 突出物。 空白样在腐蚀初期即明显增加,氧化 70h 后,质量增加达 12. 17 mg/ cm2,氧化过程中可见氧化产物的剥落,氧化膜附着力差。 结论 纳米 Y2O3预处理可提高 T91 钢抗水蒸汽氧化性能,但随着氧化时间延长,富铬氧化膜将逐渐退化。
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  铝合金 TIG 焊接接头喷射式微弧氧化腐蚀疲劳性能研究

  帅刚, 邱骥, 王红美, 蔡嘉辉

  表面技术. 2015, 44(12): 110-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.018

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  目的 研究铝合金 TIG 焊接接头经喷射式微弧氧化后对腐蚀条件下疲劳寿命的影响,为延长焊接接头的使用寿命提供一种有效的方法。 方法 采用 TIG 焊对 5083 铝合金进行焊接,观察焊接接头的组织结构,测试焊接接头的显微硬度距焊缝中心的分布情况;通过喷射式微弧氧化方法处理焊接接头,考察陶瓷层的生长曲线和截面纳米硬度;在最大载荷量为 7,8,9 kN 的条件下,分别对微弧氧化处理与未处理的焊接试样预腐蚀 168 h 后进行等幅拉伸疲劳实验,对比两种试样拉断时的循环次数。 结果 铝合金焊接接头呈现不均匀性,微弧氧化后接头陶瓷层均一性较好;陶瓷层厚度增长呈现先快后慢的趋势,表面粗糙度与厚度相关,呈近似线性增长;7,8,9 kN 的载荷下,未处理的焊接接头相比于喷射式微弧氧化的接头,疲劳寿命分别降低 50. 7% ,58. 3% ,64. 9% 。 结论 采用喷射式微弧氧化处理可改善铝合金 TIG 焊接接头的表面状态,阻隔外界腐蚀介质对焊接基体的侵蚀,提高其在预腐蚀和交变应力条件下的疲劳寿命,延长结构零件的使用寿命。
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  铝合金焊接区喷射式微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性研究

  邱骥, 帅刚, 蔡嘉辉

  表面技术. 2015, 44(12): 116-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.019

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  目的 研究喷射式微弧氧化对改善铝合金焊接区耐腐蚀性能的可行性。 方法 使用自行研制的喷射式微弧氧化设备,在铝合金焊接区表面制备一层陶瓷膜,并在同等参数下制备一层浸入式微弧氧化陶瓷层进行对比。 通过扫描电镜观察陶瓷膜表面和截面的微观形貌,并对陶瓷膜截面进行元素分析;分别利用铜加速盐雾腐蚀实验和动电位极化实验检测陶瓷膜的耐腐蚀性能,分析陶瓷膜的耐腐蚀性能。结果 两种方法制备的陶瓷膜微观形貌相似,表面都有许多“火山口冶状产物并伴有裂纹,截面疏松多孔,主要元素为 Al 和 O;经 240 h 盐雾腐蚀后,3 种试样均有不同程度的腐蚀,其中铝合金焊接基体腐蚀最严重,浸入式、喷射式次之,其腐蚀失重率分别是 0. 0072,0. 0039,0. 0023 g/ cm2;极化曲线显示,铝合金基体、焊接基体、浸入式陶瓷膜、喷射式陶瓷膜腐蚀电位分别为-0. 794,-0. 742,-0. 615,-0. 578 V,耐腐蚀性依次增强。 结论 喷射式微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性能表现较好,基本达到制备要求,在不适于浸入式微弧氧化的条件下可采用喷射式方法处理。
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  过氧乙酸中硅酸钠对 Q235 钢的缓蚀影响

  王奎涛, 孟庆来, 翟朋达, 王建勋, 肖蕾

  表面技术. 2015, 44(12): 122-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.020

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  目的 研究 HEDP、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和硅酸钠的复配物在过氧乙酸溶液中对 Q235 钢缓蚀效率的影响。 方法 采用静态失重法和动电位极化曲线法,研究常温下在过氧乙酸质量浓度为2000 mg/ L 的体系中,硅酸钠与 HEDP、SDBS 复配时对碳钢的缓蚀协同效应,确定最佳配比,分析缓蚀机理。 结果 HEDP、SDBS 和硅酸钠的复配物,在过氧乙酸溶液中对 Q235 钢均有一定的缓蚀效果,缓蚀效率依次为:硅酸钠与 HEDP>硅酸钠与 SDBS 硅酸钠。 当硅酸钠质量浓度为 200 mg/ L,HEDP 质量浓度为100 mg/ L 复配时,缓蚀效率最高达到 90. 42% 。 当硅酸钠质量浓度为 200 mg/ L,SDBS 质量浓度为 200mg/ L 复配时,缓蚀效率最高达到 57. 76% 。 单一硅酸钠缓蚀剂的缓蚀效率最高达 40. 53% 。 结论 硅酸钠能同时抑制阳极和阴极的反应,与 HEDP 有很好的缓蚀协同效应,硅酸钠与 HEDP 复配优于与 SDBS 复配的缓蚀效果。 较优复配缓蚀剂为:硅酸钠 200 mg/ L,HEDP 100 mg/ L。
表面质量控制及检测
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  纳米压痕技术在材料力学测试中的应用

  靳巧玲, 李国禄, 王海斗, 刘金娜, 张建军

  表面技术. 2015, 44(12): 127-136. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.021

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  近年来,材料纳米级力学测试日益引起广大研究者的重视。 纳米压痕仪凭借极高的载荷和位移分辨率,广泛应用于材料表面的微纳米级力学性能的测试,包括硬度、弹性模量、塑性应变、薄膜界面结合强度以及材料疲劳特性等。 综述了几种纳米压痕和纳米冲击技术测试材料力学性能的方法和原理,介绍了纳米压痕技术在材料力学性能测试方面的若干先进应用实例及其测试机理,以及原子力显微镜和扫描探针显微镜在力学测试方面的原理和应用。 最后,提出了纳米压痕仪存在的若干问题,并对纳米压痕技术的发展进行了展望,认为纳米压痕技术结合有限元模拟建立材料疲劳断裂模型,是纳米压痕在力学测试方面发展的必然趋势。
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  分子吸附和表面缺陷对 ZnO 薄膜紫外探测的影响

  苏蓓蓓, 苏德发, 桂青凤

  表面技术. 2015, 44(12): 137-142. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.022

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  目的 研究分子吸附在不同的 ZnO 表面时,体系的稳定性、电子结构、紫外光吸收情况。 方法根据第一性原理密度泛函理论,首先对 O2 和 H2O 分子分别吸附在完备的 ZnO 和具有氧空位的 ZnO 单层膜表面进行结构优化,然后分析不同体系的电子结构和光学性质。 结果 通过吸附能可知,分子吸附有利于系统稳定性的提高,其中氧分子吸附最为明显;能带和态密度图显示,分子吸附有利于电子在导带和价带之间的跃迁;差分电荷密度图表明,分子吸附的所有体系都存在电子转移,吸附分子和薄膜之间存在相互作用;光吸收图显示,分子吸附的 ZnO 体系光吸收明显增强。 水分子吸附在含氧空位的 ZnO 单层膜上时,体系具有较强的紫外吸收、较高的载流子浓度、较小的载流子有效质量以及较好的稳定性,是比较理想的紫外探测材料。 结论 ZnO 单层膜中氧空位和实验环境中的氧气和水汽均能影响体系的紫外响。研究结果可为 ZnO 基薄膜紫外探测器的发展提供参考。