高明浩:稀土元素及介质对铝基非晶合金腐蚀行为的影响研究论文

高明浩:稀土元素及介质对铝基非晶合金腐蚀行为的影响研究论文

本文主要研究内容

作者高明浩(2019)在《稀土元素及介质对铝基非晶合金腐蚀行为的影响研究》一文中研究指出:非晶合金最突出的特点是成分和结构的均匀性,相对于传统的晶体材料,表现出优异的机械强度和耐腐蚀性能。非晶合金可以突破溶解度的限制,容纳更多的活性元素而避免金属间化合物的产生,因此非晶合金是研究溶质元素对腐蚀性能影响的理想模型材料。铝基非晶作为非晶合金家族中的重要成员,相对其他成分体系具有超高的比强度,是航空航天工业中替代传统铝合金的理想选择。晶态铝合金组织中往往析出大量金属间化合物,其在提升材料强度的同时,却使材料局部腐蚀敏感性显著增加。缓蚀剂是目前改善传统铝合金耐蚀性的重要手段之一,虽开展大量研究,但缓蚀剂的作用机制一直存在争议,采用铝基非晶合金作为研究体系则可以有效避免结构不均匀造成的干扰,有利于澄清相关机理。此外,由于铝基成分体系的非晶形成能力有限,将其制备成非晶涂层,同样可以对传统铝合金实现有效保护。因此,开展铝基非晶合金及涂层的腐蚀性能研究具有重要的科学意义及应用价值。本文首先选取Al-Y这一简单的二元非晶体系,研究铝基非晶中重要的组成元素钇对腐蚀行为影响,排除了过渡族元素的干扰。采用开尔文探针力显微镜(KPFM)对A1-Y非晶合金钝化膜的稳定性进行了评价。选取A186Ni6Y4.5Co2La1.5这一非晶形成能力较强的成分体系,研究硝酸钠的缓蚀作用机制。通过电化学噪声测试与分析来评价硝酸钠对铝基非晶合金亚稳点蚀的抑制作用,并利用透射电镜对钝化膜的形貌和成分进行测试。最后,采用超音速火焰喷涂(HVAF)成功制备出低孔隙率、高非晶含量的耐蚀耐磨铝基非晶涂层。本研究对理解铝基非晶合金中元素作用及缓蚀剂机制具有重要指导作用,为铝基非晶合金涂层的工程化应用提供了重要参考。主要研究成果总结如下:选取A100-xYx(at.%,x=9,10,11)二元成分体系,研究Y元素对铝基非晶合金钝化膜成分和稳定性的影响。三种成分Al-Y非晶合金的极化行为显示,随Y元素含量增加,腐蚀电位升高,钝化电流密度显著降低,但Al-Y非晶合金的点蚀电位对Y含量并不敏感。高Y含量非晶合金亚稳点蚀峰电流中值仅为11 pA,表面处于稳定的钝化状态;而低Y含量样品亚稳点蚀半径最高达到120nm,钝化膜形貌疏松多孔;亚稳点蚀发展为稳定点蚀的倾向随Y含量升高而降低。Al-Y非晶合金钝化膜表现为p型半导体,载流子密度随Y含量升高,由4.95×1022 cm-3降低到0.53×1022 cm3。钝化膜的深度分析表明,低Y含量铝基非晶表面钝化膜具有双层结构,由贫Y的内层和稳定富Y的外层组成,而A189Y11钝化膜为成分均匀的单层结构,高阻抗复合氧化物YA103含量更高,电化学阻抗显著提高。KPFM测试表明,随Y含量升高铝基非晶合金的表面电势升高,钝化膜稳定性提高,耐蚀性得到改善。选用非晶形成能力较强的A186Ni6Y4.5Co2La1.5合金为研究对象,研究硝酸钠的缓蚀作用。当0.01MNaCl溶液中添加少量NaN03时,铝基非晶合金的点蚀电位提高约100 mV;当硝酸钠浓度达到0.03 M时,铝基非晶合金的点蚀被完全抑制,极化行为由点蚀转变为过钝化;钝化电流密度随NaNO3浓度增加没有明显变化,但阴极反应速率被加快。对铝基非晶合金在含有不同浓度NaN03的NaCl溶液中,浸泡过程的电化学噪声信号进行检测,浸泡腐蚀过程中噪声信号暂态峰显著受到抑制,含有0.05 M NaN03的溶液中噪声电阻高于其他条件,点蚀指数低于0.3,表现为均匀腐蚀的特征。对浸泡实验后溶液的离子浓度进行测试,含有硝酸钠的溶液中腐蚀溶解速率明显低于单纯的NaCl溶液,腐蚀形貌以均匀腐蚀为主。在含有NaNO3的介质中,铝基非晶合金表面形成了一层致密的钝化膜,厚度约为8.6nm,钝化膜的EDS线扫描数据证实了NO3-复合到了钝化膜中,显著抑制了 Cl-的侵蚀。利用超音速火焰喷涂,将成分为Al86Ni6Y4.5Co2La1.5铝基非晶粉末沉积在2024铝合金表面,得到铝基非晶涂层。超声气体雾化得到的合金粉末球形度高,粒径分布为20-45μm,充分满足喷涂的需要。涂层均匀致密,XRT测试显示孔隙率仅为0.12%,厚度约为125μm;涂层组织中除α-Al外,未检测到其他晶体相,非晶含量高达83.7%;涂层的显微硬度最高可达400 HV0.05,约为2024铝合金基体硬度(137 HVo.os)的3倍。铝基非晶涂层的极化曲线表现为钝化特征,而2024铝合金表现为活性溶解,涂层的腐蚀电位低于基体,因此可以实现牺牲阳极阴极保护作用。涂层的电化学阻抗显著高于2024铝合金,侵蚀性离子吸附驱动力显著降低。涂层的磨损速率为5.6 × 104 mm3N-1m-1,比2024铝合金降低一个数量级,磨损形貌均匀光滑,形成了一层均匀的氧化膜。本工作成功制备出一种性能优异的铝基非晶涂层,对铝合金在腐蚀和磨损环境下可起到良好的保护作用。

Abstract

fei jing ge jin zui tu chu de te dian shi cheng fen he jie gou de jun yun xing ,xiang dui yu chuan tong de jing ti cai liao ,biao xian chu you yi de ji xie jiang du he nai fu shi xing neng 。fei jing ge jin ke yi tu po rong jie du de xian zhi ,rong na geng duo de huo xing yuan su er bi mian jin shu jian hua ge wu de chan sheng ,yin ci fei jing ge jin shi yan jiu rong zhi yuan su dui fu shi xing neng ying xiang de li xiang mo xing cai liao 。lv ji fei jing zuo wei fei jing ge jin jia zu zhong de chong yao cheng yuan ,xiang dui ji ta cheng fen ti ji ju you chao gao de bi jiang du ,shi hang kong hang tian gong ye zhong ti dai chuan tong lv ge jin de li xiang shua ze 。jing tai lv ge jin zu zhi zhong wang wang xi chu da liang jin shu jian hua ge wu ,ji zai di sheng cai liao jiang du de tong shi ,que shi cai liao ju bu fu shi min gan xing xian zhe zeng jia 。huan shi ji shi mu qian gai shan chuan tong lv ge jin nai shi xing de chong yao shou duan zhi yi ,sui kai zhan da liang yan jiu ,dan huan shi ji de zuo yong ji zhi yi zhi cun zai zheng yi ,cai yong lv ji fei jing ge jin zuo wei yan jiu ti ji ze ke yi you xiao bi mian jie gou bu jun yun zao cheng de gan rao ,you li yu cheng qing xiang guan ji li 。ci wai ,you yu lv ji cheng fen ti ji de fei jing xing cheng neng li you xian ,jiang ji zhi bei cheng fei jing tu ceng ,tong yang ke yi dui chuan tong lv ge jin shi xian you xiao bao hu 。yin ci ,kai zhan lv ji fei jing ge jin ji tu ceng de fu shi xing neng yan jiu ju you chong yao de ke xue yi yi ji ying yong jia zhi 。ben wen shou xian shua qu Al-Yzhe yi jian chan de er yuan fei jing ti ji ,yan jiu lv ji fei jing zhong chong yao de zu cheng yuan su yi dui fu shi hang wei ying xiang ,pai chu le guo du zu yuan su de gan rao 。cai yong kai er wen tan zhen li xian wei jing (KPFM)dui A1-Yfei jing ge jin dun hua mo de wen ding xing jin hang le ping jia 。shua qu A186Ni6Y4.5Co2La1.5zhe yi fei jing xing cheng neng li jiao jiang de cheng fen ti ji ,yan jiu xiao suan na de huan shi zuo yong ji zhi 。tong guo dian hua xue zao sheng ce shi yu fen xi lai ping jia xiao suan na dui lv ji fei jing ge jin ya wen dian shi de yi zhi zuo yong ,bing li yong tou she dian jing dui dun hua mo de xing mao he cheng fen jin hang ce shi 。zui hou ,cai yong chao yin su huo yan pen tu (HVAF)cheng gong zhi bei chu di kong xi lv 、gao fei jing han liang de nai shi nai mo lv ji fei jing tu ceng 。ben yan jiu dui li jie lv ji fei jing ge jin zhong yuan su zuo yong ji huan shi ji ji zhi ju you chong yao zhi dao zuo yong ,wei lv ji fei jing ge jin tu ceng de gong cheng hua ying yong di gong le chong yao can kao 。zhu yao yan jiu cheng guo zong jie ru xia :shua qu A100-xYx(at.%,x=9,10,11)er yuan cheng fen ti ji ,yan jiu Yyuan su dui lv ji fei jing ge jin dun hua mo cheng fen he wen ding xing de ying xiang 。san chong cheng fen Al-Yfei jing ge jin de ji hua hang wei xian shi ,sui Yyuan su han liang zeng jia ,fu shi dian wei sheng gao ,dun hua dian liu mi du xian zhe jiang di ,dan Al-Yfei jing ge jin de dian shi dian wei dui Yhan liang bing bu min gan 。gao Yhan liang fei jing ge jin ya wen dian shi feng dian liu zhong zhi jin wei 11 pA,biao mian chu yu wen ding de dun hua zhuang tai ;er di Yhan liang yang pin ya wen dian shi ban jing zui gao da dao 120nm,dun hua mo xing mao shu song duo kong ;ya wen dian shi fa zhan wei wen ding dian shi de qing xiang sui Yhan liang sheng gao er jiang di 。Al-Yfei jing ge jin dun hua mo biao xian wei pxing ban dao ti ,zai liu zi mi du sui Yhan liang sheng gao ,you 4.95×1022 cm-3jiang di dao 0.53×1022 cm3。dun hua mo de shen du fen xi biao ming ,di Yhan liang lv ji fei jing biao mian dun hua mo ju you shuang ceng jie gou ,you pin Yde nei ceng he wen ding fu Yde wai ceng zu cheng ,er A189Y11dun hua mo wei cheng fen jun yun de chan ceng jie gou ,gao zu kang fu ge yang hua wu YA103han liang geng gao ,dian hua xue zu kang xian zhe di gao 。KPFMce shi biao ming ,sui Yhan liang sheng gao lv ji fei jing ge jin de biao mian dian shi sheng gao ,dun hua mo wen ding xing di gao ,nai shi xing de dao gai shan 。shua yong fei jing xing cheng neng li jiao jiang de A186Ni6Y4.5Co2La1.5ge jin wei yan jiu dui xiang ,yan jiu xiao suan na de huan shi zuo yong 。dang 0.01MNaClrong ye zhong tian jia shao liang NaN03shi ,lv ji fei jing ge jin de dian shi dian wei di gao yao 100 mV;dang xiao suan na nong du da dao 0.03 Mshi ,lv ji fei jing ge jin de dian shi bei wan quan yi zhi ,ji hua hang wei you dian shi zhuai bian wei guo dun hua ;dun hua dian liu mi du sui NaNO3nong du zeng jia mei you ming xian bian hua ,dan yin ji fan ying su lv bei jia kuai 。dui lv ji fei jing ge jin zai han you bu tong nong du NaN03de NaClrong ye zhong ,jin pao guo cheng de dian hua xue zao sheng xin hao jin hang jian ce ,jin pao fu shi guo cheng zhong zao sheng xin hao zan tai feng xian zhe shou dao yi zhi ,han you 0.05 M NaN03de rong ye zhong zao sheng dian zu gao yu ji ta tiao jian ,dian shi zhi shu di yu 0.3,biao xian wei jun yun fu shi de te zheng 。dui jin pao shi yan hou rong ye de li zi nong du jin hang ce shi ,han you xiao suan na de rong ye zhong fu shi rong jie su lv ming xian di yu chan chun de NaClrong ye ,fu shi xing mao yi jun yun fu shi wei zhu 。zai han you NaNO3de jie zhi zhong ,lv ji fei jing ge jin biao mian xing cheng le yi ceng zhi mi de dun hua mo ,hou du yao wei 8.6nm,dun hua mo de EDSxian sao miao shu ju zheng shi le NO3-fu ge dao le dun hua mo zhong ,xian zhe yi zhi le Cl-de qin shi 。li yong chao yin su huo yan pen tu ,jiang cheng fen wei Al86Ni6Y4.5Co2La1.5lv ji fei jing fen mo chen ji zai 2024lv ge jin biao mian ,de dao lv ji fei jing tu ceng 。chao sheng qi ti wu hua de dao de ge jin fen mo qiu xing du gao ,li jing fen bu wei 20-45μm,chong fen man zu pen tu de xu yao 。tu ceng jun yun zhi mi ,XRTce shi xian shi kong xi lv jin wei 0.12%,hou du yao wei 125μm;tu ceng zu zhi zhong chu α-Alwai ,wei jian ce dao ji ta jing ti xiang ,fei jing han liang gao da 83.7%;tu ceng de xian wei ying du zui gao ke da 400 HV0.05,yao wei 2024lv ge jin ji ti ying du (137 HVo.os)de 3bei 。lv ji fei jing tu ceng de ji hua qu xian biao xian wei dun hua te zheng ,er 2024lv ge jin biao xian wei huo xing rong jie ,tu ceng de fu shi dian wei di yu ji ti ,yin ci ke yi shi xian xi sheng yang ji yin ji bao hu zuo yong 。tu ceng de dian hua xue zu kang xian zhe gao yu 2024lv ge jin ,qin shi xing li zi xi fu qu dong li xian zhe jiang di 。tu ceng de mo sun su lv wei 5.6 × 104 mm3N-1m-1,bi 2024lv ge jin jiang di yi ge shu liang ji ,mo sun xing mao jun yun guang hua ,xing cheng le yi ceng jun yun de yang hua mo 。ben gong zuo cheng gong zhi bei chu yi chong xing neng you yi de lv ji fei jing tu ceng ,dui lv ge jin zai fu shi he mo sun huan jing xia ke qi dao liang hao de bao hu zuo yong 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自中国科学技术大学的高明浩,发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文,是一篇关于铝基非晶合金论文,钝化膜稳定性论文,缓蚀剂论文,电化学噪声论文,超音速火焰喷涂论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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