2023年, 第56卷, 第5期　刊出日期：2023-05-15

  

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表面微纳结构与纳米涂层专栏
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  表面微纳结构的特殊功能及制备方法研究进展

  赵元亮, 吴永玲, 郑宏宇

  材料保护. 2023, 56(5): 1-15. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0103

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  通过构建表面微纳结构和制备纳米涂层可使材料表面获得特殊功能。主要综述了表面微纳结构的特殊功能和制备表面微纳结构和纳米涂层的主要方法和加工技术。首先,介绍了表面微纳结构在超疏水、光学超透镜和减摩耐磨方面的应用;其次,分别阐述了光刻技术、激光加工技术、自组装技术、增材制造技术(3D打印)、沉积法和溶胶凝胶法等表面微纳结构和纳米涂层的加工方法的研究进展;最后,总结了表面微纳结构及纳米涂层的不同制备方法存在的问题和发展趋势。
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  功能纳米涂层的制备、性能及应用综述

  彭夏文, 曾小军, 张小锋, 田伟

  材料保护. 2023, 56(5): 16-30. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0104

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  功能纳米涂层一直是近年来的研究热点。以纳米尺寸为组成单位为功能纳米涂层提供了良好的体积效应和表面效应,大大优化了涂层的力学性能、耐腐蚀性、抗氧化性和耐磨性等。功能纳米涂层的制备技术以及性能决定了涂层的应用范围。但是目前,多数综述集中于功能纳米涂层的某种性能、某种制备方法或者某种应用,缺乏对功能纳米涂层整体性的介绍。首先,简单介绍了功能纳米涂层的概念及分类;其次,详细描述了功能纳米涂层的制备技术,包括传统的化学气相沉积、物理气相沉积和溶胶-凝胶法,最新的等离子喷涂技术以及其他的制备技术,分析总结了各种功能纳米涂层制备技术的原理、优缺点以及涂层在材料中的应用;最后,从功能纳米涂层最新和热门的应用方面进行综述,展望了功能纳米涂层的应用前景和潜力。
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  悬浮液等离子喷涂制备羟基磷灰石纳米生物涂层研究进展

  张金涛, 吴浩, 鲁涵, 曹均, 任潞, 张秀强, 所新坤

  材料保护. 2023, 56(5): 31-39. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0105

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  悬浮液等离子喷涂(SPS)作为一种新兴的喷涂方法,能够制备均匀、缺陷少的生物涂层。介绍了SPS制备羟基磷灰石(HA)纳米生物涂层的原理,总结了烧结区和致密区组织的形成机制,分析了悬浮液在飞行过程中的液滴演化,讨论了不同工艺参数对SPS制备HA生物涂层的影响,揭示了HA涂层沉积机理,概括了SPS制备HA生物涂层的力学性能、抗菌性能、细胞相容性和体外生物活性等性能。
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  超疏水防/除冰材料的基础理论和制备技术研究进展

  刘明明, 侯媛媛, 陈唐建, 吴永玲, 郑宏宇

  材料保护. 2023, 56(5): 40-62. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0106

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  在寒冷高湿环境下,冰和霜易凝结于飞行器、轨道交通、风电叶片、输电线路等设备表面,从而降低工作效率,影响设备使用,同时造成巨大的安全隐患。因此,如何有效延迟冰霜在固体材料表面的形成以及促进结冰的去除,成为当前高性能材料领域的研究热点。传统的机械除冰、化学除冰和热力除冰方式在很大程度上存在能耗高、除冰废液多、除冰效率低等问题,而且容易破坏机械设备表面,与“绿色环保、高效节能”的可持续发展理念相悖。受自然界生物启发,研究人员开发了新型被动超疏水防冰技术,该技术具有成本低、能耗低和防冰性能优异等优点,具有良好的应用前景。针对新型超疏水型防冰材料,综述了固体表面的超疏水润湿理论进展和固体表面结冰/防冰机理;总结了超疏水防冰表面的自上而下制备方法(激光刻蚀、化学刻蚀、模板法等)和自下而上制备方法(涂层技术、磁控溅射技术、溶胶-凝胶技术和电沉积技术等)。最后,对超疏水防冰材料的局限性进行了讨论,同时对其应用前景和发展趋势进行了展望。
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  Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

  宋宇涛, 李春玲, 张淑珍, 尚伦霖, 张广安

  材料保护. 2023, 56(5): 63-70. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0107

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  为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350 ℃和650 ℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明:纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2) GPa和70.4 N;涂层在室温和350 ℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^-6 mm³/(N·m)和1.7×10^-6 mm³/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650 ℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。
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  镁合金基底超疏水涂层的制备及其防污防腐性能研究

  周垲杰, 辛蕾, 黄小文, 李好

  材料保护. 2023, 56(5): 71-75. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0108

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  为延长镁合金的使用寿命,使用喷涂法在AZ31b镁合金基体上制备出稳定的超疏水涂层。首先在基体表面涂覆环氧树脂粘结层,向其喷涂微米SiO₂颗粒,以构建微米级框架,紧接着喷涂纳米聚四氟乙烯颗粒,以提供疏水性粒子。所制备的超疏水涂层接触角约为157.40°,滚动角仅为2°。试验结果表明:该超疏水涂层具有优异的化学与机械稳定性,良好的耐腐蚀性能以及自清洁、防污特性。
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  氮化硅改性聚酰亚胺复合涂层的耐热蚀性能研究

  司诚毅, 樊小强, 朱旻昊

  材料保护. 2023, 56(5): 76-82. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0109

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  为满足高温条件下高分子复合涂层的应用需求,推进高分子有机复合涂层在高温防护领域的实际应用,选择聚酰亚胺(PI)为树脂基体,通过加入纳米Si₃N₄改性增强其耐热性,研究硅烷偶联剂KH550与不同含量的Si₃N₄对涂层表面状态以及耐热性能的影响。实验结果表明:加入10% (质量分数)Si₃N₄的改性复合涂层的玻璃化转变温度(T_g)达到495 ℃, 高于纯PI涂层的T_g(483 ℃)。加入KH550后,一方面KH550在Si₃N₄表面引入氨基官能团使其与PI分子链交联,另一方面KH550直接与PI分子相互作用提升涂料的黏度,使Si₃N₄分散性及涂层与基体的结合力均有显著提升。此外,分别制备不同含量Si₃N₄的PI复合涂层并进行比较,发现10% Si₃N₄的PI复合涂层的耐热性以及表面质量最优。
试验研究
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  铝表面Ni-SiC-WS₂复合镀层的制备及其性能研究

  卢鹏军, 田晓东, 韩宾龙

  材料保护. 2023, 56(5): 83-88. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0110

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  为了探究SiC和WS₂微粒的共沉积对Ni镀层的组织结构、耐磨性与耐蚀性的影响,在1060铝表面制备纯Ni镀层、Ni-SiC和Ni-SiC-WS₂复合镀层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、球盘磨损机以及电化学工作站对镀层的表面、截面形貌、相组成、元素含量、显微硬度进行检测与分析,对比了纯Ni镀层、Ni-SiC和Ni-SiC-WS₂复合镀层的耐磨与耐蚀性能。结果表明:Ni-SiC-WS₂复合镀层平整致密,镀层中SiC和WS₂的质量分数分别为7.05 %和2.53 %,这导致其镍晶粒尺寸比纯Ni镀层和Ni-SiC复合镀层分别减小63.39%和21.63%。Ni-SiC-WS₂复合镀层的显微硬度最高可达424.73 HV_{0.5 N},比纯Ni镀层和Ni-SiC复合镀层分别提高57.70%和20.46%;镀层中的WS₂微粒有良好的减摩作用,使得Ni-SiC-WS₂复合镀层的摩擦系数较Ni-SiC复合镀层进一步降低17.39%,且磨损率降低24.62%;Ni-SiC-WS₂复合镀层的自腐蚀电流密度最小,为4.68 μA/cm²,相比于纯Ni镀层和Ni-SiC复合镀层分别减少53.85%和11.36%;Ni-SiC-WS₂复合镀层具有更高的阻抗值,为112 361 Ω·cm²,与Ni镀层和Ni-SiC复合镀层相比,Ni-SiC-WS₂复合镀层表现出更好的耐腐蚀性能。
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  Cr元素对Fe-B堆焊合金的金相组织与性能的影响

  韦茹涵, 韩明臻, 井瑞, 刘奇聪

  材料保护. 2023, 56(5): 89-96. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0111

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  为了提高Fe-B堆焊合金的耐磨性,利用等离子堆焊技术在Q235钢材料表面熔覆不同铬含量的Fe-B-Cr堆焊合金层,通过金相分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析,研究Cr元素含量对Fe-B-Cr堆焊合金的组织、硬度和耐磨性的影响。结果表明:随着Cr含量的添加,Cr固溶于Fe和Fe₂B中,堆焊合金由(Fe,Cr)和(Fe,Cr)₂B组成,Cr含量的增加未使Fe-B堆焊合金中生成新相,合金组织由Fe₂B和Fe+Fe₂B的共晶组织构成。Cr元素的添加显著提高了Fe-B堆焊合金的硬度和耐磨性。Cr-2的硬度较Cr-0显著升高。随着Cr含量的不断增加,堆焊合金的硬度值呈上升趋势,Cr-10堆焊层表面硬度高达67 HRC。Cr-10堆焊层的磨损量降到最低,为0.027 5 g,其相对耐磨性较Cr-0提高了375%。
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  WC硬质合金表面涂层摩擦磨损特性及其铣削性能研究

  邵树锋, 成先明, 孙守宇, 杨可, 冯源

  材料保护. 2023, 56(5): 97-105. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0112

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  为了研究WC硬质合金表面氮化物涂层的摩擦磨损特性及其对刀具铣削性能的影响,采用物理气相沉积法(PVD)在WC硬质合金表面分别沉积了TiN、CrN和TiAlN 3种氮化物涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析了WC硬质合金及3种氮化物涂层的组织和摩擦磨损性能。以45钢为被铣削材料,研究了WC硬质合金及3种氮化物涂层刀具的铣削性能。结果表明:氮化物涂层能有效提高WC硬质合金的表面硬度和耐磨性能,3种氮化物涂层中,TiAlN涂层的硬度最高,相比WC基体提高了26.5%,TiAlN涂层能显著提高WC硬质合金的耐磨性能,其磨损特征为较小的磨粒磨损和轻微氧化磨损。TiAlN涂层的高硬度和高耐磨性能更有利于铣削45钢,铣削过程中产生的氧化膜易覆盖在刀尖表面,起到保护刀具表面的作用,进而显著提高刀具的铣削性能。同时相比其他涂层,TiAlN涂层刀具后刀面的磨屑的黏附少,表现出较强的排屑能力,这对于提高刀具的铣削性能具有重要意义。
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  Ce含量对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响

  刘鹏, 杨吉春, 李安鑫, 刘香军, 杨昌桥, 宫磊

  材料保护. 2023, 56(5): 106-112. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0113

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  为了研究稀土元素Ce对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响,利用蔡司显微镜、场发射电子显微镜及其配套的能谱仪和电化学工作站对不同Ce含量的4种试验钢0,1,2,3号(Ce质量分数分别为0,0.001 7%,0.002 8%,0.004 9%)进行测试。结果表明:随着Ce含量的增多,试验钢表面的晶粒尺寸减小,Al₂O₃夹杂被改性为CeAlO₃夹杂和Ce₂O₃夹杂。浸泡7 d后,4种试验钢的腐蚀电位均比较接近;浸泡30 d后3号试验钢的腐蚀电位较之前提高了8.94%,2号和1号试验钢的腐蚀电位分别较之前提高了6.34%和6.06%;浸泡45 d后,1号试验钢的腐蚀电位较7 d时降低了10.38%,其他3种试验钢的腐蚀电位变化不大。0号试验钢的容抗弧半径随浸泡时间的延长而逐渐减小,3号试验钢的容抗弧半径增大得最为明显。测试结果均表明,Ce含量的增加会提高试验钢的耐腐蚀性能。
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  氢氟酸浓度对钛合金油管的疲劳行为的影响

  金丹丹, 李臻, 王汉, 魏文澜, 黎玉泽, 崔璐, 程嘉瑞

  材料保护. 2023, 56(5): 113-119. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0114

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  基于Zr-Mo系钛合金(0.6Zr3Mo)油井管在服役过程中因工作环境而导致的疲劳断裂问题,通过应力加载的方式研究了钛合金在不同浓度氢氟酸环境与实验室环境下的疲劳性能,并对其进行比较。结果表明:在70%σ_s应力幅作用下钛合金在有无腐蚀环境下均呈现循环软化特性;氢氟酸溶液促进了钛合金疲劳裂纹形核并加速了疲劳裂纹扩展速率,缩短了钛合金的疲劳寿命,并且疲劳寿命随腐蚀液浓度的增加呈下降趋势;氢氟酸浓度对钛合金的裂纹扩展方式具有一定影响,在实验室环境下钛合金裂纹扩展主要为周期性解理;在低浓度氢氟酸环境下由于氢氟酸腐蚀形成的二次裂纹容易诱发解理面的形成,裂纹扩展仍以解理的方式扩展;而在高浓度氢氟酸环境下裂纹的扩展方式有所改变,裂纹在韧性区扩展程度增加,以解理形式扩展的程度有所下降。
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  高锰奥氏体低温钢HM400在液氨介质中的应力腐蚀敏感性研究

  胡盼, 孔韦海, 张强, 吴志刚, 刘燕

  材料保护. 2023, 56(5): 120-126. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0115

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  为研究高锰奥氏体低温钢HM400在液氨介质中的应力腐蚀敏感性,采用慢应变速率试验(SSRT)考察了高锰奥氏体低温钢HM400在常温下,液氨环境(NH₃)、空气+液氨环境(NH₃+Air)、0.1 mg/L H₂O+液氨环境(NH₃+0.1 mg/L H₂O)及对照组空气(Air)4种介质中的应力腐蚀敏感性,通过扫描电镜(SEM)、金相显微镜、X射线衍射(XRD)和硬度计分别表征了试样断口微观形貌、裂纹形貌、试验前后试样金相组织及力学性能的变化。结果表明:高锰奥氏体低温钢HM400在拉伸变形中发生了应变强化;HM400钢在液氨介质中耐应力腐蚀能力差,不宜作为液氨储运容器高参数化和轻量化用材。
工艺探讨
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  聚醚醚酮化学镀Ni-P及Ni-Cu-P镀层微观结构及性能对比研究

  周柏玉

  材料保护. 2023, 56(5): 127-132. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0116

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  为更好地了解Ni-P和Ni-Cu-P镀层的优缺点,在聚醚醚酮表面通过化学镀沉积了Ni-P和Ni-Cu-P 2种镀层。对比了不同工艺下化学镀Ni-P和Ni-Cu-P的沉积速率,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析了镀层的表面形貌、成分和结构,应用显微硬度计和表面粗糙度测试仪、MM-200磨损实验机对镀层硬度、表面粗糙度和耐磨性进行了测试,通过电化学性能和电磁屏蔽性能测试对比研究了镀层的电化学性能和电磁屏蔽性能。研究表明:化学镀Ni-Cu-P具有更快的沉积速率,Ni-Cu-P镀层为致密的混晶态菜花状组织,镀层硬度更高,磨损后期耐磨性更好,且具有更优的电磁屏蔽性能;Ni-P镀层为致密的非晶态节瘤状组织,表面更光滑,磨损初期耐磨性更好,具有更好的电化学性能。
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  激光选区熔化成形316L/IN718混合粉末工艺研究

  杨炫, 韩保红, 赫万恒, 张敦絮

  材料保护. 2023, 56(5): 133-138. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.2001

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  为获得高致密度的316L/IN718混合金属粉末零件,基于激光选区熔化(SLM)技术,分别选取不同的激光扫描速度和扫描间距,通过单熔道实验、单层实验以及块体实验探究了316L/IN718混合金属粉末的成形工艺。实验结果表明:单熔道实验当0.54 J/mm≤激光线能量密度(L)≤0.76 J/mm时,熔道成形效果较好。当激光功率P=200 W、扫描速度v=280 mm/s、扫描间距=0.12 mm时,可获得致密度为99.99%的块体,拟合得到激光体能量密度-相对致密度关系,该工艺研究具有应用和推广价值,为实现成形梯度功能材料提供了重要的实验数据和技术支撑。
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  桐油/羊毛脂微胶囊涂层的防锈性能和附着力研究

  安金亮, 万萌, 汤胜, 霍晓俊

  材料保护. 2023, 56(5): 139-147. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0117

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  为解决建筑防腐涂层因外界环境、物理损伤等因素,导致涂层内部密度不均形成微孔及裂纹缝隙、涂层发生脱落剥离、防护性能失效等问题,以三聚氰胺-脲醛树脂为壁材,桐油和羊毛脂为芯材,选用原位聚合法制得自修复微胶囊,系统优化乳化时间、乳化转速、芯壁比对微胶囊性能的影响,得出合成自修复微胶囊的最佳工艺。将微胶囊分散到丙烯酸、聚氨酯、环氧树脂和环氧富锌4种不同涂料体系,制得复合涂层并测试其附着力和耐腐蚀性能。结果表明:乳化时间为10 min,乳化搅拌速度为1 800 r/min,芯壁比为1∶1时,微胶囊平均粒径为70 μm,分布均匀、形貌规则、壁材致密。当复合涂层中微胶囊掺量为10%(质量分数)时,丙烯酸基复合涂层防锈性能优异,附着力良好。
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  镀锡层抗高温性能与工艺研究

  刘德强, 周圣丰

  材料保护. 2023, 56(5): 148-152. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0118

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  针对铜基引线框架镀锡层高温易缩锡变色及常温不耐盐水腐蚀等问题,采用了不同电镀工艺,分析了镀层显微形貌、物相结构、抗电化学腐蚀性能与力学性能。结果表明:镀锡前,对铜表面进行充分去氧化及粗化,可极大提高镀锡层结合力,有效防止高温缩锡现象;镀锡后,镀层浸泡抗高温氧化剂,可有效防止高温发黄以及提高耐盐水腐蚀性能。
综述
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  喷涂及激光熔覆制备难熔金属涂层的研究现状

  崔烺, 王守勇, 尹飞, 冯胜强, 刘光, 贾利

  材料保护. 2023, 56(5): 153-163. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0119

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  钼、钽、钨、铌及其合金等难熔金属具有高熔点、良好的高温性能等特点,在防护领域发挥重大作用,但其成本高,且由于熔点高、导热低、脆性大导致其加工比较困难。通过特定工艺在基体表面制备难熔金属涂层,可以在不改变基体性能的基础上使其具有难熔金属优良的力学性能、高温性能,且能够有效降低制造成本,对于装备表面防护具有重大的研究价值。鉴于难熔金属涂层在制造业中发挥着越来越重要的作用,首先介绍了钼、钽、钨、铌等难熔金属涂层的等离子喷涂、爆炸喷涂、激光熔覆及冷喷涂制备技术,总结了各工艺特点。在此基础上,分析对比了不同工艺制备难熔金属涂层的微观组织及性能,归纳了从涂层材料成分及结构、工艺参数及后处理3个方面做出的改进进展。最后对难熔金属涂层制备技术发展尚存的问题与发展方向进行了展望。
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  合金元素对液相锌流动性的影响

  夏昭, 孔纲, 朱林龙, 张哲成, 万聪, 车淳山, 赖德林, 万先兰

  材料保护. 2023, 56(5): 164-172. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0120

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  液相锌的流动性不仅直接影响合金的铸造性能,而且还对热浸锌镀层厚度控制有着十分重要的意义。在液相锌中加入各种微量的合金元素可以提高流动性,从而改善热浸锌镀层的镀覆效果和表面质量,也能提高液相锌的压铸填充性能。为此,主要综述了用于热浸锌的常见合金元素(Pb、Bi、Sn、Sb、Al、Mg、RE、Ni)以及部分用于压铸锌合金的合金元素(Al、Mg)对液相锌流动性的影响。
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  溶胶-凝胶法制备陶瓷涂层的研究现状

  刘雨薇, 农智升

  材料保护. 2023, 56(5): 173-179. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0121

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  陶瓷涂层具有硬度高、耐磨耐蚀性能优异等优点而成为目前研究的热点,溶胶-凝胶技术是制备陶瓷涂层成熟简便的方法之一。综述了国内外采用溶胶-凝胶技术制备陶瓷涂层的体系设计、涂层的物化性能等方面的研究成果,对比分析了现阶段几种陶瓷涂层存在的问题,并对其延伸技术和发展前景进行了总结和展望,可为今后设计制备性能优良和性价比高的陶瓷涂层提供一定的参考。
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  铝合金轮毂在典型大气环境中的腐蚀及其防护措施

  李家威, 路东柱, 王玉平, 李婷婷, 黄彦良, 侯保荣

  材料保护. 2023, 56(5): 180-190. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0122

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  随着科技发展的日新月异,汽车轮毂也朝着轻量便捷化的方向发展。铝合金因其性能优异,在轮毂上的应用也越来越多,但铝合金轮毂的腐蚀问题仍是一大难题。简述了铝合金轮毂的几种常见腐蚀类型(丝状腐蚀、点腐蚀、晶界腐蚀、应力腐蚀、剥落腐蚀),介绍了大气环境因素对铝合金轮毂腐蚀的影响,描述了不同型号铝合金在国内外典型大气环境下的腐蚀情况和铝合金轮毂采用基体改性和表面处理的防腐措施。
实用技术
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  电化学循环伏安法在防锈油性能研究中的应用

  林白银, 曾海燕, 张鹏

  材料保护. 2023, 56(5): 191-195. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0123

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  盐雾试验、湿热试验存在检测试验周期较长、数据的重复性差等缺点,根据防锈油的性能研究需求,将电化学工作站中的腐蚀试验测试方法应用于防锈油的防锈性能研究中,探究防锈油的电化学性能与盐雾试验、湿热试验数据的相关性。在盐雾试验、湿热试验的基础上,进一步采用电化学循环伏安法研究防锈油的性能,验证了电化学方法研究防锈油的性能与盐雾试验、湿热试验的结果一致性。在实际研究防锈油性能时提高了评估检测效率。
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  站场接地材料对埋地管道腐蚀速率及阴极保护的影响规律研究

  赵康

  材料保护. 2023, 56(5): 196-200. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0124

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  为了解接地网对埋地管道阴极保护效果的影响,采用数值模拟计算方法,建立了站场接地系统及埋地管道腐蚀与阴极保护电场模型,考察了接地极材质、阳极地床形式等因素对埋地管道电位分布、腐蚀速率及阴极保护效果的影响规律。结果表明:电正性接地极材料会大大加速附近埋地管道的腐蚀速率,造成区域阴极保护无法达标,因此应避免采用;同时近地床的优化分布相对于远地床形式能更好地消除由接地系统造成的屏蔽区。以上结果可为接地材料的选择和站场区域阴极保护阳极地床的设计提供参考。
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  420 MPa级热镀锌低合金高强钢带的开发与应用

  康华伟

  材料保护. 2023, 56(5): 201-205. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0125

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  随着汽车轻量化的推进,热镀锌低合金高强钢带凭借较高的屈服强度及良好的成型、焊接和防腐性能,广泛应用于汽车的结构件或加强件。通过对某钢厂热镀锌HC420LAD+Z钢带进行研究开发,从工艺路线设计、化学成分合理控制以及关键生产工艺优化,开发了低成本高质量的汽车用热镀锌HC420LAD+Z钢带,其力学性能和与锌层附着力良好,屈服强度为432~484 MPa,抗拉强度为541~588 MPa,延伸率A₈₀为20.5%~26.0%,具备批量稳定生产能力,为汽车高强钢的工业化生产提供了良好的借鉴。
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  页岩气井区集气管道内腐蚀直接评价

  青松铸, 杨建英, 井翠, 何焱, 文崭, 罗彦力, 安壮, 胡超

  材料保护. 2023, 56(5): 206-211. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0126

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  近年来,管道运输已经成为我国石油与天然气运输必不可少的方式,但是,随着管道事故频频发生,天然气集输管线腐蚀已经成为制约天然气持续发展的巨大威胁。以页岩气集气管道为例,在其输送的气质和水质中检测到CO₂、溶解氧、SRB和Cl^-等多种腐蚀性物质,腐蚀环境十分恶劣,对集气管线造成了不同程度的腐蚀破坏,甚至导致多条集气管道快速穿孔,造成严重的经济损失,并且威胁工作人员的人身安全。开展页岩气湿气管道内腐蚀直接评价工作能为管道的安全运行提供有利保障。为此,利用多相流理论,以某气田页岩气湿气集输管道运行工况为基础,根据MP-ICDA(多相流管道内腐蚀直接评价)进行内腐蚀直接评估流程。采用OLGA软件进行多相流模拟与计算进行管道内腐蚀间接评估,确定了管道内的腐蚀敏感区为低洼处和上坡段。内腐蚀直接评估在管道高风险位置开挖检测,根据检测结果完成管道后评价,确定再评价时间。
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  不锈钢波纹换热片腐蚀泄漏原因分析

  郑建军, 樊子铭, 田峰, 陈浩, 孙云飞

  材料保护. 2023, 56(5): 212-216. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2023.0127

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  某工程用板式散热器在运行过程中,不锈钢波纹换热片发生了泄漏故障。为此,利用宏观形貌分析、化学成分分析、金相显微组织检测、扫描电子显微镜(SEM)微观形貌观察与X射线能谱分析(EDS)等方法对波纹换热片的泄漏原因进行了综合性分析。结果表明:波纹换热片表面的高温氧化膜特别是“牛顿环”中心的粗糙度较大,且该点为冷冲压槽的凸起处,位错密度较高;在长期运行过程中,Cl^-于该位置不断聚集,形成孔蚀核,并最终诱发孔蚀。此外,在换热片基体中冷冲压残余应力的作用下,还会触发局部区域的应力腐蚀。随着孔蚀及应力腐蚀程度的不断加剧,波纹换热片的厚度逐渐减薄,并最终引发泄漏。建议对Cl元素来源和高温氧化膜的形成原因进行排查,从而制定针对性的改进措施。