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2024年, 第57卷, 第12期 刊出日期:2024-12-15
  

  • 全选
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    研究篇
  • 王怡恬, 李昱鹏, 霍磊, 雷明凯
    材料保护. 2024, 57(12): 1-7. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0264
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    为了改善聚合物表面的润湿性,采用氧等离子体改性工艺在200 W 条件下,使用倾角为30°、45°、60°的样品台,对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)表面处理90 min,制备出倾斜角度和长度分别为32.5°和2.36 μm、45.2°和2.15 μm、59.5°和2.00 μm 的纳米结构,研究了等离子体改性PET 表面液滴的各向异性润湿和液体定向流动行为。将与倾斜纳米结构相反的方向记为Y+方向,沿倾斜纳米结构的方向为Y-方向,垂直Y±的方向为X±方向。 结果表明:随着样品台倾角的增大,等离子体改性PET 表面液滴的接触角减小,润湿长度增大,同时液滴在X±方向的静态接触角大于Y±方向,X±方向的润湿长度小于Y±方向。 对等离子体改性PET 表面液滴进行连续注水,液滴在Y-方向发生钉扎现象,在Y+方向流动,30°、45°、60°倾角等离子体改性表面液滴的平均流动速度分别为0.017 0、0.021 0、0.022 7 mm/s,其中60°倾角等离子体改性PET 表面液滴在Y+方向的流动速度是原始PET 表面的2.39 倍。
  • 刘洋, 郝建军, 尹鸿鹍, 王薪惠
    材料保护. 2024, 57(12): 8-16. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0265
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    使用添加剂有助于铜在金属基体上的沉积,以氯化胆碱-冰醋酸(Ch Cl-Gl A)为低共熔溶剂,醋酸铜为主盐,探究抗坏血酸(C6H8O6)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)作为添加剂对铁基体表面电沉积铜的影响。 采用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究电化学行为;采用扫描电镜(SEM)和X 射线衍射仪(XRD)观察分析镀层形貌和成分;采用紫外-可见-近红外分光光度计分析不同添加剂下电沉积液中形成配合物的紫外-可见吸收光谱。 结果表明:在Ch Cl-Gl A 中,铜的电沉积为两步氧化还原,第1 步为Cu2+→Cu;第2 步为Cu→Cu;3 种添加剂均可促进Ch Cl-Gl A 中铜的沉积,抗坏血酸的效果最佳,可得到性能良好的铜镀层;铜在Ch Cl-Gl A 中的电沉积遵循三维瞬时成核方式且为受扩散控制的不可逆反应,Cu2+和Cu的扩散系数分别为4.003 9×10-7 cm2/s,4.762 7×10-7 cm2/s;以抗坏血酸为添加剂制备的铜结晶晶形为晶粒分明的多边形片状结构,最优结晶面为(111)晶面。 添加DTPA、EDTA-2Na、C6H8O6 的铜镀层的平均晶粒尺寸分别为50.71、55.12、52.73 nm,未添加添加剂的铜镀层的平均晶粒尺寸为44.73 nm。
  • 罗仲龙, 朱莉, 张鹏, 饶思贤
    材料保护. 2024, 57(12): 17-26. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0266
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    AZ31 镁合金性质活泼、表面易氧化且不耐腐蚀等情况一直是其在实际应用过程中面临的最大挑战,为提高其耐腐蚀性能,降低其腐蚀速率并延长使用寿命,采用浸渍法在AZ31 镁合金表面制备出稳定且耐腐蚀的磷酸氢二铝/聚甲基丙烯酸甲酯(AP/PMMA)超疏水涂层,并用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析涂层的微观形貌、化学组成、相组成和分子结构,利用接触角测量仪、Tafel 曲线和EIS 测试其疏水性和耐腐蚀性。 结果表明:随着浸渍时间的延长,涂层的水接触角(WCA)呈先增大后减小的趋势,其中浸渍时间为60 s 制备的涂层表面接触角可达154.7°,呈现出超疏水性,表面腐蚀电流密度为2.289×10-9 A/cm2,较镁基体下降4 个数量级,腐蚀电位从抛光后的镁合金基体的-0.941 V 提高到-0.735 V,说明AP/PMMA 超疏水涂层能有效提高AZ31 镁合金的耐腐蚀性能。
  • 王旭东, 周友龙, 陈昊宇, 刘佳文, 刘俣
    材料保护. 2024, 57(12): 27-34. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0267
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    燃煤火力发电厂的风机叶片在服役期间不仅会受到脱硫脱硝不彻底而出现的SOx 和NOx的侵蚀,还可能会受到沿海盐雾的腐蚀。 除此之外,风机叶片在高温的烟气氛围中,与燃烧环境中存在的高灰分腐蚀性颗粒发生碰撞后会加速其磨蚀。 为了提高风机叶片的耐腐蚀性和磨蚀性,采用“二步法”氧-乙炔火焰喷焊技术在Q355D低合金结构钢基体表面制备Ni60A+WC 喷焊层,通过磨损试验和电化学试验探究了不同质量分数WC 硬质相的喷焊层的耐磨性以及其在3 种不同腐蚀溶液中的耐蚀性。 结果表明:Ni60A+WC 喷焊层可以显著提高风机叶片的耐磨性和耐蚀性,起到良好的保护作用;且当配比为65%Ni60A+35%WC 时,喷焊层的耐磨性和耐蚀性能相对最好,且其耐Cl的腐蚀性能最好,而对硫化物和氮化物的耐蚀性较差。 高速粒子造成裂纹的萌生与扩展形成疲劳源是喷焊层磨损失效的主要机理。 硬质相和碳化物与基体间的电偶腐蚀是喷焊层的主要腐蚀机理,喷焊层的腐蚀失效形式为选择性腐蚀。 本工作对进一步延长火电厂风机叶片的使用寿命与节约成本有一定的借鉴意义。
  • 查豪, 姜玉坤, 徐重磊, 陈均
    材料保护. 2024, 57(12): 35-42. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0268
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    为提高碳钢表面的耐腐蚀性,采用氟锆酸复合氨基/羟基-多面体低聚倍半硅氧烷(NH2/OH-POSS)制备了无磷无铬的氟锆酸复合低聚倍半硅氧烷转化膜。 使用盐水浸泡、电化学测试、扫描电镜(SEM)和X 射线光电子能谱(XPS)对复合膜的耐蚀性、表面形貌及成分进行了表征。 结果表明:氟锆酸溶液复合氨基/羟基-多面体低聚倍半硅氧烷水溶液的最佳工艺为1.2 g/L 氟锆酸、4.5 g/L 低聚倍半硅氧烷,pH 值为4、温度30 ℃、钝化时间2 min;盐水浸泡试验和电化学测试结果表明,复合转化膜较纯氟锆酸转化膜的防腐性得到明显改善;SEM 结果表明,低聚倍半硅氧烷的加入弥补了氟锆酸膜层的裂痕和孔洞的缺陷,使膜层更加致密;XPS 结果表明,低聚倍半硅氧烷和氟锆酸共同参与转化膜的形成。
  • 潘东岳, 安江峰, 周学杰, 彭非凡, 陈昊, 陈志坚, 吴军
    材料保护. 2024, 57(12): 43-52. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0269
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    为了探究丙烯酸聚氨酯涂层在高紫外辐射强度、温差大的环境中的老化行为,使用高低温-紫外人工加速老化的方法研究了水性与溶剂型丙烯酸聚氨酯涂层的老化过程,采用超景深显微镜、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)、能谱仪(EDS)分析涂层表面微观形貌、分子结构、元素原子分数的变化,对涂层进行电化学阻抗谱(EIS)、水接触角、附着力、光泽度测试,研究了溶剂型与水性涂层在老化过程中性能的变化与老化规律。 结果表明:水性丙烯酸聚氨酯涂层体系出现开裂现象,溶剂型涂层则存在分层现象。 2 种涂层体系的光泽度、水接触角、附着力均下降较多。 2 种涂层体系的老化速率均呈先快后慢的趋势,并且速率转变拐点出现较早,红外光谱分析得出2 种涂层体系的老化方式相似,EDS 谱分析结果表明水性涂层的老化速率较快。 此外,通过熵值法计算得到各性能指标的权重,得出该试验下的综合老化等级,验证了溶剂型丙烯酸聚氨酯涂层体系有着相对较好的耐候性。
  • 综述篇
  • 盛颖航, 王凯, 高鹏, 崔彤, 李复丽, 王志全, 孙步功, 李博, 国洪建
    材料保护. 2024, 57(12): 53-66. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0270
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    高熵合金(High-Entropy Alloys, HEA)是一种在高端装备制造业中具有广阔应用前景的新型金属材料。 由于高熵合金特有的相结构及“四大效应”赋予其优异的强度、硬度、韧性、抗磨损等力学性能,已使高熵合金成为材料领域的研究热点。 腐蚀是金属材料常见且无法避免的失效形式,高熵合金因具有优秀的耐腐蚀性能而被广泛应用于工业领域。 因此,需重点研究高熵合金的耐腐蚀性能及耐腐蚀机理与规律,以便更好地研制出高性能高熵合金。 首先简单叙述了高熵合金的定义以及高熵合金的分类,其次归纳总结了高熵合金的制备方法,并详细综述高熵合金耐腐蚀性能的研究现状。 不同制备工艺以及工艺参数对高熵合金的组织结构有直接影响,且高熵合金组元具有广阔的设计空间,因此通过调控制备工艺参数以及组元成分能进一步优化高熵合金的耐腐蚀性能。 最后展望了未来高熵合金的研究主题和研究思路。
  • 杨星, 罗平凯, 胡志勇, 潘启文, 白如玉, 张鹏清
    材料保护. 2024, 57(12): 67-74. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0271
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    近年来为实现油气田高盐钻采废水的“近零排放”,保护环境的同时使得资源可回收再利用成为高盐钻采废水处理的首要思路。 蒸发浓缩作为盐水分离的常用手段,由于废水中含有较多杂质盐,蒸发过程中可能导致换热面结垢现象发生。 因此,如何有效阻垢,提升蒸发效率成为行业内研究热点。 从物理工艺、涂层材料、化学阻垢3 个方面出发,综述了国内外阻钙镁结垢的技术进展,总结分析其作用机理以及目前存在的问题,并对阻垢技术的发展方向进行展望,为今后如何高效阻垢提供研究思路。
  • 高晓雨, 张恒, 刘峻铭, 冯立明, 陈擘擘
    材料保护. 2024, 57(12): 75-83. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0272
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    有机高分子聚合物超疏水涂层材料选择范围广,涂层综合性能高,制备方法简单,容易实现大批量工业化应用,是最有可能大面积推广应用的超疏水材料。 简要总结了超疏水涂层的设计依据、国内外几类主要高分子聚合物超疏水涂层与性能研究进展,提出了制约超疏水涂层应用的因素与解决途径。 实现有机聚合物超疏水涂层的实际应用,关键在于确保涂层的稳定性、抗环境破坏能力和优良的综合性能。 为此,采用梯度设计、优化高聚物结构、改进涂层施工与固化条件等策略,对于开发高性能的超疏水涂层至关重要。
  • 工艺篇
  • 李书文, 吴凌峰, 杨冠军, 陈林
    材料保护. 2024, 57(12): 84-95. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0273
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    激光武器进入实战应用阶段,空天武器的抗激光防护研究迫在眉睫。 高能激光长时间辐照,造成如金属反射层氧化反射率降低、烧蚀层质量损失、隔热层韧性不足等问题。 基于此,提出一种综合利用反射和隔热原理的复合型激光防护策略。 通过调控喷涂功率、喷涂距离等参数,采用超音速火焰喷涂技术和等离子喷涂技术分别制备了NiCoCrAlTaY 粘结层、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)面层的双层涂层,探究表面粗糙度与孔隙率对反射率的影响规律,并考察了涂层的激光防护性能。 结果表明:喷涂功率或喷涂距离越大,涂层的层状效果越明显,断面孔隙越多。 涂层表面粗糙度随喷涂距离的增大先降低后增加。 去除二次反射结构后的涂层表面Ra =1.8 μm,当Ra =0.5 μm 时,涂层中的楔形结构使涂层反射率相较于Ra =1.8 μm 时的反射率提升了约2.4%。 指出层状孔隙是高反射楔形结构的关键,球形孔隙是激光吸收点,孔隙率14.7%的工艺参数(39 kW,100 mm)为最优。 在激光烧蚀试验中,激光功率密度的增加,涂层裂纹逐渐增多,直至烧蚀孔洞,线烧蚀率近似抛物线增长。 低激光功率密度条件下(<3 800 W/cm2),表层组织轻微变化,功率增大,表层裂纹增多加深,重凝区花瓣状组织增大;大功率激光密度(>8 050 W/cm2)条件下,涂层表层部分剥离与烧蚀孔洞致使涂层失效。
  • 曹峻嘉, 余海存, 高云滕, 李海啸, 李亚峰, 许世鹏, 喇培清
    材料保护. 2024, 57(12): 96-106. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0274
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    金属合金在聚光太阳能热发电系统中会受到熔盐腐蚀,导致其寿命缩短。 为了延长Incoloy 800H 合金在碳酸熔盐腐蚀中的使用寿命,采用真空感应炉熔炼制备了不同Al、Cr 含量的Incoloy 800H(800H)合金,通过XRD、SEM、TEM 等分析测试手段,探究Al、Cr 元素对800H 合金耐碳酸熔盐腐蚀的作用机制。 结果表明:在650 ℃的碳酸熔盐[32.1%(质量分数,下同)Li2CO3+33.4%Na2CO3+34.5%K2CO3]中浸泡240 h 后,Al 含量为3%的800H合金的腐蚀速率为1 071.00 μm/a,当铬含量为2.75%时的800H 合金的腐蚀速率为359.56 μm/a,腐蚀产物主要为LiFeO2和NiO。 这是由于随着Al 含量的增加,试验钢基体表面形成的Al 的氧化物钝化膜更厚更致密,从而起到良好的保护作用。 Cr 含量的降低会减少可溶性Cr 氧化物的生成,使其他保护性氧化层生成的含量增加,减少基体中Fe 元素的析出,从而提高了合金的耐腐蚀性能。
  • 李海霞, 叶韫, 江煜堎, 陶丽丽, 杨亿斌, 殷陶, 孙志鹏
    材料保护. 2024, 57(12): 107-113. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0275
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    旨在探讨离子磁控溅射仪的条件参数对不同表面性质非导电材料扫描电子显微镜(SEM)图像的影响,研究溅射靶材、溅射时间和溅射次数等不同离子磁控溅射条件的优缺点和使用范围。 结果表明:黄金靶材连续性好,金晶粒成核性大,溅射动能较大,易造成样品表面热损耗,金晶粒贴附在样品表面,故黄金靶材适合低倍率SEM 图像观察(<10 000)以及样品表面具有一定硬度的材料;铂金靶材连续性差,铂晶粒成核小,溅射动能较小,易嵌入样品表面形成形貌骨架支撑,适合高倍率SEM 图像观察(>30 000)以及大部分非导电材料;采用少时多次离子磁控溅射方法,适当减少溅射次数不仅可以削弱金膜对材料形貌和结构的影响,而且还可以节约资源保护环境。 该结果为科研工作者科学、真实地分析样品的SEM 图像提供了试验指导意见。
  • 张杰, 邹君文, 刘学广, 李小英
    材料保护. 2024, 57(12): 114-121. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0276
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    为有效降低输电线路绝缘子表面积污引起的污闪事故的发生,通过将改性纳米TiO2、PTFE 与氟碳树脂FEVE 结合,采用压缩空气喷涂技术制备出一种新型氟碳涂层材料,探讨了改性TiO2粒子的最佳添加量。 采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)研究了涂层的微观形貌,采用接触角测量仪对其疏水性、自清洁性及抗紫外老化性进行了分析。 结果表明:改性纳米TiO2的最佳添加量为4%,涂层的附着力可达0 级,静态水接触角最大为121°;TiO2经改性后制备的防污闪复合涂层表面存在大量微纳尺度的柱状锥尖结构,粗糙度更高,其疏水性更好,自清洁性、抗紫外老化性更佳,具备优良的防污闪性能。
  • 赵彦辉, 赵鑫, 宋贵宏
    材料保护. 2024, 57(12): 122-130. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0277
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    为了进一步提高海洋环境下膜层的使用寿命,采用电弧离子镀技术在304 不锈钢基体表面沉积了NiCrN 膜层,利用扫描电子显微镜(SEM)、 X 射线衍射仪(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕仪、多功能材料表面性能试验仪、电化学工作站等测试方法,系统地研究了基体偏压幅值对膜层成分、微观结构、力学性能及耐腐蚀性能的影响。 结果表明:膜层主要由金属Cr 相、金属Ni 相和CrN 陶瓷相组成。 随着偏压幅值的增加,膜层的厚度、硬度均呈先升高后降低的趋势,在偏压幅值为-150 V 时硬度达到最高值2 030 HV。 基体偏压幅值为-50 V时的膜层具有最佳的耐磨性能,此时磨损率最低。 膜层腐蚀电位随着基体偏压幅值的增大而逐渐正移,腐蚀电流密度逐渐降低,在偏压幅值为-150 V 时,膜层的耐腐蚀性能最佳。
  • 实用篇
  • 蒋成银, 李琼玮, 白自龙, 韩茈茈, 惠宝平, 张若茵, 刘伟
    材料保护. 2024, 57(12): 131-137. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0278
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    苏里格气田西区属于含水气藏,管道发生腐蚀,严重影响气田的正常生产运行,同时也会带来较大的经济损失和安全问题。 首先对目标气田现场服役的集输管线进行了腐蚀分析。 在此基础上,通过腐蚀挂片试验、扫描电子显微镜、共聚焦显微拉曼以及X 射线衍射技术,结合对水质和气质的分析,明确了管线腐蚀的规律,并提出腐蚀主控因素包括氯离子、微生物、CO2分压、总压和流速,且针对腐蚀特征的不同,揭示了各腐蚀主控因素所占的权重。 以样品均匀腐蚀为评判标准,CO2分压对腐蚀速率影响所占权重最大,为58.00%;以样品点蚀为评判标准,微生物对腐蚀速率影响所占权重最大,为34.00%。
  • 宋帅, 秦立民, 孙玉江, 张尚锋, 杨文明, 何悦阳, 徐志刚
    材料保护. 2024, 57(12): 138-146. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0279
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    某平台用于输送海水的B10 铜镍合金管线,停产检修发现弯头与法兰焊缝接头处有腐蚀穿孔。 采用宏观形貌观察、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)、X 射线衍射(XRD)、金相组织检验等方法,分析腐蚀穿孔失效机理。结果表明,在法兰的腐蚀坑底部、冲蚀磨损区、腐蚀沟槽和穿孔部位以及弯头的腐蚀坑底部,都普遍存在着“冰糖块”状的晶间腐蚀形貌,局部存在晶粒被逐层剥落形成“台阶”状的剥蚀形貌;优先腐蚀的晶界形成一个回路,被包围的晶粒发生明显的选择性脱镍和溶解,引起晶粒剥落;法兰硬度偏低及晶粒粗大的柱状晶组织导致材料耐腐蚀性能下降。 铜镍合金管线腐蚀穿孔发生在冲蚀磨损的敏感区及耐蚀性最差的焊接热影响区,是由冲蚀磨损、晶间腐蚀、选择性脱成分腐蚀协同作用的结果,需加强服役管线相似部位的腐蚀监测。
  • 宁创, 张丽伟, 童长兵, 景正正, 尹志福
    材料保护. 2024, 57(12): 147-153. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0280
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    通过对空气泡沫驱现场注入井管柱进行长期腐蚀监测,研究空气泡沫驱试验区注入井环境下上下井段处J55 油管内外壁的腐蚀特征,借助扫描电镜和三维共聚焦显微镜表征了腐蚀产物的形貌,对腐蚀产物进行了能谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)分析,并对腐蚀机理进行了探讨。 结果表明:J55 油管整体腐蚀严重且存在不同程度局部腐蚀现象,下井段腐蚀更严重;油管不同井段的内外表面的腐蚀产物存在差异,主要为Fe0.925O、FeSx、Fe3O4和FeO(OH)等;碳钢油管在空气泡沫驱服役过程其组织有可能会形成微裂纹且为穿晶开裂。
  • 丁梦, 朱浩, 谭学才, 蔡鹏, 杨宗邦
    材料保护. 2024, 57(12): 154-159. DOI:10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0281
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    在飞机机翼尾节板、扰流板等部位深度修理过程中,实现发泡胶高效清除又不损伤铝合金基材,在航空修理领域一直备受关注。 在红外光谱、热重等试验分析发泡胶固化后产物的基础上,采用溶胀理论,确定二氯甲烷作为除胶剂的主溶剂。 引入TiO2改性SiO2纳米微胶囊作为二氯甲烷的吸附剂及缓释剂,通过物理吸附、物理隔离及缓慢释放等方式,来实现减少VOC 排放、延长除胶剂使用时间、提升脱胶性能。 同时,采用石蜡和聚乙烯片进行表面阻隔,并在除胶剂的研制中加入Halox630 缓蚀剂,有效地减缓除胶剂的挥发和对基材的腐蚀。 结果表明,研制的除胶剂对铝合金表面残留发泡胶表现出优异的脱胶效果,同时对热固性胶粘剂表现出优异的软化、溶胀效果。