Al、(Al,Si)涂层的制备及其在550℃液态铅铋合金中的防腐蚀性能研究
SIMP钢在高温液态铅铋合金中的腐蚀行为
第21卷第2期装备环境工程2024年2月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·119·SIMP钢在高温液态铅铋合金中的腐蚀行为高雄，何斌，余磊，汪瑶，刘晓红，胡体刚，蔡振兵*（西南交通大学 摩擦学研究所，成都 610031）摘要：目的研究SIMP钢在不同溶解氧浓度的高温液态铅铋合金中长期浸泡后腐蚀产物的变化规律。
方法在550 ℃静态液态铅铋合金（饱和氧状态和贫氧状态）中对SIMP钢进行500、1 000、2 000、3 500、5 000 h的腐蚀试验。
通过观察腐蚀后试样的表面和截面形貌，进行物化分析，对比不同时间下腐蚀层厚度以及腐蚀产物结构的变化，得出溶解氧浓度和浸泡时间的变化对腐蚀产物的影响规律。
结果在贫氧环境中，SIMP钢的腐蚀类型主要为氧化腐蚀，氧化腐蚀产物具有双层结构，外层为Fe-Cr尖晶石氧化层，内层为富铬氧化物与基体的混合物层；在饱和氧环境，SIMP钢腐蚀产物则具有3层结构，外层为Fe3O4磁铁矿层，中层为Fe-Cr尖晶石氧化层，最内层为富铬氧化物与基体的混合物层。
结论溶解氧浓度和浸泡时间的变化对腐蚀产物的结构和厚度产生了显著影响，SIMP钢在贫氧环境中呈现出优异的耐腐蚀性能。
关键词：SIMP钢；液态铅铋；腐蚀；高温；氧化层；腐蚀产物中图分类号：TG172 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)02-0119-10DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2024.02.016Corrosion Behavior of SIMP Steel in High Temperature Liquid Lead-bismuth Alloy GAO Xiong, HE Bin, YU Lei, WANG Yao, LIU Xiaohong, HU Tigang, CAI Zhenbing*(Tribology Research Institute, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)ABSTRACT: The work aims to study the change rule of corrosion products of SIMP steel after long-term immersion in high temperature liquid lead-bismuth alloys with different dissolved oxygen concentrations. The corrosion experiments of SIMP steel in 550 ℃static liquid lead-bismuth alloy (saturated oxygen state and oxygen-poor state) were carried out for 500, 1 000, 2 000,3 500 and 5 000 h. By observing the surface and cross-section morphology of the corroded specimens, the physical and chemicalanalysis was conducted, the changes in the thickness of the corrosion layer as well as the structure of the corrosion products at different time were compared, and the effect laws of the changes in dissolved oxygen concentration and immersion time on the corrosion products were derived. In the oxygen-poor environment, the corrosion type of SIMP steel was mainly oxidized corro-sion, and the oxidized corrosion product had a two-layer structure, with the outer layer being the Fe-Cr spinel oxidized layer, and the inner layer being the mixture layer of chromium-rich oxides and the substrate. In the saturated oxygen environment, the corrosion product of SIMP steel had a three-layer structure, with the outer layer being the Fe3O4 magnetite layer, the middle收稿日期：2023-10-18；修订日期：2023-11-21Received：2023-10-18；Revised：2023-11-21基金项目：四川省科技计划项目（2022JDJQ0019，2022ZYD0029），船舶振动噪声重点实验室项目（6142204210707, JCKY2022207CI10）Fund: Sichuan Provincial Science and Technology Program (2022JDJQ0019, 2022ZYD0029)，National Key Laboratory On Ship Vibration and Noise Project (6142204210707, JCKY2022207CI10)引文格式：高雄, 何斌, 余磊, 等. SIMP钢在高温液态铅铋合金中的腐蚀行为[J]. 装备环境工程, 2024, 21(2): 119-128.GAO Xiong, HE Bin, YU Lei, et al. Corrosion Behavior of SIMP Steel in High Temperature Liquid Lead-bismuth Alloy[J]. Equipment Environ-mental Engineering, 2024, 21(2): 119-128.*通信作者（Corresponding author）·120·装备环境工程 2024年2月layer being the Fe-Cr spinel oxidized layer, and the innermost layer being the mixture layer of chromium-rich oxides and the substrate. Changes in dissolved oxygen concentration and immersion time significantly affect the structure and thickness of the corrosion products, and SIMP steel shows excellent corrosion resistance in oxygen-poor environments.KEY WORDS: SIMP steel;liquid lead-bismuth; corrosion; high temperature; oxide layer; corrosion products铅铋共晶合金（LBE）因其具有良好的中子学性能、较低的化学活性、良好的传热性、熔点高、沸点低等优点，被认为是加速器驱动系统（ADS）和铅冷快堆等第4代核反应堆冷却剂的主要候选材料之一[1-3]。
《2024年铝钇镀层及微弧氧化膜性能的研究》范文
《铝钇镀层及微弧氧化膜性能的研究》篇一一、引言随着科技的发展和工业的进步，金属材料在各个领域的应用越来越广泛。
其中，铝作为一种轻质、耐腐蚀的金属材料，在航空、汽车、电子等领域有着广泛的应用。
然而，为了进一步提高铝材料的性能，人们开始研究各种表面处理技术。
其中，铝钇镀层及微弧氧化膜技术是两种重要的表面处理技术。
本文将就这两种技术的性能进行详细的研究和探讨。
二、铝钇镀层性能的研究1. 铝钇镀层的制备铝钇镀层是一种通过物理气相沉积技术制备的金属镀层。
其制备过程主要包括镀前处理、镀层制备和镀后处理三个步骤。
在镀前处理阶段，需要对铝基体进行清洗和活化处理，以提高镀层的附着力。
在镀层制备阶段，通过在真空中蒸发钇和铝的混合物，使其在基体表面形成一层合金镀层。
在镀后处理阶段，需要对镀层进行热处理和表面处理，以提高其性能和耐腐蚀性。
2. 铝钇镀层的性能铝钇镀层具有优良的耐腐蚀性、耐磨性、高硬度等性能。
由于钇元素的添加，使得镀层的硬度和耐磨性得到了显著的提高。
同时，由于钇元素的活泼性，使得镀层具有良好的自修复性能，能够在一定程度上修复表面的微小划痕和损伤。
此外，铝钇镀层还具有良好的导电性和导热性，能够满足电子、航空等领域的需求。
三、微弧氧化膜性能的研究1. 微弧氧化膜的制备微弧氧化膜是一种通过电解法在铝基体表面制备的陶瓷膜层。
其制备过程主要包括前处理、微弧氧化和后处理三个步骤。
前处理阶段主要是对铝基体进行清洗和活化处理，以提高其表面的活性。
微弧氧化阶段是在一定的电压下，通过电解液的作用，在铝基体表面形成一层陶瓷膜层。
后处理阶段主要是对膜层进行热处理和表面处理，以提高其性能和耐腐蚀性。
2. 微弧氧化膜的性能微弧氧化膜具有优良的耐腐蚀性、耐磨性、绝缘性等性能。
由于微弧氧化膜具有陶瓷的特性，使得其硬度高、耐磨性好，能够有效地提高铝基体的耐磨损性能。
同时，微弧氧化膜还具有良好的耐腐蚀性能，能够在一定程度上抵抗酸碱等化学物质的侵蚀。
基于CFD方法对液态铅铋合金回路中腐蚀及腐蚀产物沉积的研究
基于CFD方法对液态铅铋合金回路中腐蚀及腐蚀产物沉积的
研究
闫静贤;赵平辉;李远杰
【期刊名称】《核科学与工程》
【年(卷),期】2022(42)4
【摘要】液态铅铋合金(LBE)由于其良好的导热性和化学惰性等优良性质在新型核反应堆以及加速器驱动的次临界系统(ADS)中都有着广泛的应用。
但在中高温情况下其对结构材料的严重腐蚀限制了其发展。
研究液态铅铋合金腐蚀过程及其机理对液态铅铋合金反应堆的发展有重要意义。
目前广泛使用的腐蚀分析模型将三维对流扩散方程简化为一维常微分方程进行解析求解,虽然计算效率高,但是精度较差。
本文基于CFD方法,从三维的对流-传质扩散方程出发,使用OpenFOAM开源软件建立非等温液态金属闭合回路的腐蚀模型,对于回路中壁面处腐蚀和沉积的速率进行了模拟计算。
结果验证活性氧控技术具有良好的效果,可以显著降低腐蚀和腐蚀产物的沉积速率。
另外,对于几个重要参数进行了敏感性分析,结果表明回路的腐蚀和沉积速率同管径和管长呈现负相关关系,而与流速呈现正相关关系。
【总页数】7页(P785-791)
【作者】闫静贤;赵平辉;李远杰
【作者单位】中国科学技术大学;中国科学院合肥物质科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TL48
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4.基于水平集方法研究H62铜合金腐蚀沉积分布
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超疏水铝表面的一步法电化学制备及其耐蚀性能研究
超疏水铝表面的一步法电化学制备 及其耐蚀性能研究
李丽萍，周吉成，刘元伟，陈宇 (滨州学院化工与安全学院，山东 滨州256600)
［摘 要］ 金属材料的表面超疏水改性可以显著改善其耐腐蚀性能。为了制备超疏水铝合金表面，结合化学刻蚀
与电化学氧化技术，采用一步法在铝表面构筑超疏水结构，研究了其中盐酸含量和氧化时间对铝电极表面结构和
1.2超疏水铝表面的构筑 以纯铝作为工作电极,氧化前，先将纯铝电极经不
同目数的砂纸逐级打磨,再机械抛光至镜面，然后分别 在丙酮和无水乙醇溶液中超声除油5 min,最后用N?吹 干。电化学法在纯铝表面制备超疏水结构采用两电极 体系，其中阳极为纯铝电极，阴极为大面积钳片。试验 中主要考察盐酸含量和氧化时间对铝电极表面结构和 性能的影响。
的超疏水表面。电化学阻抗测试结果表明，电荷转移电阻由121 Q・cn?增大至1 941 Q・cn?,超疏水铝表面的保
护效率高达93.8%。电化学噪声测试表明，铝电极表面的超疏水改性能够显著地减弱其在 3.5%NaCl溶液中的局
部腐蚀强度。
［关键词］ 铝；超疏水；电化学阻抗；电化学噪声；耐蚀性
［中图分类号］TG174.4
［文献标识码］A
［文章编号］1001-1560(2021)06-0117-05
One - Step Electrochemical Preparation of Super - Hydrophobic Aluminum Surface and the Anti - Corro或on Performance
能，作为结构件材料广泛应用于航空航天、船舶舰艇以 及其他工业领域中。然而，当其暴露于含氯离子的环
境中时，极易发生局部腐蚀，严重地限制了其使用寿 命。受自然界中“荷叶效应”的启发，已制备出越来越
AP2_铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究
第53卷第8期表面技术2024年4月SURFACE TECHNOLOGY·191·AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究焦一帆，王守仁*，王高琦，张明远（济南大学 机械工程学院，济南 250022）摘要：目的针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点，通过化学刻蚀的方法，构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。
方法由于在不同刻蚀溶液中，所构建出的表面润湿性存在较大差距。
因此采用正交设计的方法设计试验，找到最适宜的刻蚀浓度和反应时间。
由于AP2铝硅合金中含量最多的Al 与Si元素之间的固溶度低，NaOH溶液可以对主体α-Al相进行刻蚀，HCl溶液可以腐蚀Al、Cu、Mg、Si 等元素形成的金属间相（IMPs）和共晶硅相，采用先碱后酸的刻蚀方法相比使用单一的刻蚀溶液推测能形成更丰富的触突结构。
结果在0.25 mol/L NaOH溶液和9 mol/L HCl溶液中分别刻蚀60 s，在2%（质量分数）十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS-17）溶液表面改性的条件下，成功构建出了表面接触角为157°，滚动角为5.64°的超疏水表面。
表面腐蚀电位由抛光后的−1.282 V提高到了超疏水表面制备完成后的–1.228 V，腐蚀速率由抛光后的1.07×10–4 A/cm2降低到7.44×10–5 A/cm2，耐腐蚀性显著提高。
结论制备的超疏水表面的耐腐蚀性有显著提高，为亚共晶铝硅合金材料在超疏水方向的应用提供了一定的参考。
关键词：铝硅合金；先碱后酸；超疏水；化学刻蚀；耐腐蚀中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0191-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.018Preparation and Corrosion Resistance of AP2 Aluminum-siliconAlloy Superhydrophobic SurfaceJIAO Yifan, WANG Shouren*, WANG Gaoqi, ZHANG Mingyuan(School of Mechanical Engineering, Jinan University, Jinan 250022, China)ABSTRACT: Chemical etching is a common method for preparing superhydrophobic surface. In this work, the superhydrophobic surface of AP2 was prepared by adopting a two-step chemical etching method of alkali followed by acid to construct the micro and nano structure of the surface, and the fluorosilane solution was used to fluorinate and deactivate the etched surface, providing a reference for the industrial preparation method of superhydrophobic surface. In order to find the most suitable acid-base concentration and acid-base reaction time, 9 groups of experiments were carried out with the orthogonal收稿日期：2023-03-09；修订日期：2023-08-21Received：2023-03-09；Revised：2023-08-21基金项目：山东省自然科学基金重大基础研究项目（ZR2020ZD06）；山东省自然科学基金重点项目（ZR2020KE062）；山东省泰山学者人才项目（2022-2027）Fund：Major Basic Research Project of Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2020ZD06); The Key Projects of Natural Science Foundation of Shandong Province(ZR2020KE062); Shandong Taishan Scholars Program (2022-2027)引文格式：焦一帆, 王守仁, 王高琦, 等. AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 191-201.JIAO Yifan, WANG Shouren, WANG Gaoqi, et al. Preparation and Corrosion Resistance of AP2 Aluminum-silicon Alloy Superhydrophobic Surface[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 191-201.*通信作者（Corresponding author）·192·表面技术 2024年4月experimental design method. The surface hydrophobic angle after the completion of etching deactivation was taken as the criterion to evaluate the etching results of these 9 groups of experiments, and the scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the etched-surface in these 9 groups of experiments. The microstructure of the surface was analyzed by white light interferometer (WLI). Among the 9 groups of experiments, the hydrophobic angle of the second group was 157° and the rolling angle was 5.67°. In the third experiment, the hydrophobic angle was 152° and the rolling angle was 7°. Both experiments successfully constructed superhydrophobic surfaces. When the concentration of alkali solution was 1 mol/L, the concentration of acid was 9 mol/L and the etching time of acid and base was 1 min, the maximum hydrophobic angle could be obtained. The spectral analysis of AP2 cast aluminum alloy showed that the main elements and their mass fractions of AP2 cast aluminum alloy were as follows: Al was 84.3wt.%, Si was 10wt.%, Cu was 4.4wt.%, Mg was 0.6wt.%, Fe was 0.25wt.% and Mn was0.25wt.%. This composite metal Al-Si alloy was a subeutectic cast aluminum alloy. After grinding and polishing, the alloy wasobserved under OM and analyzed by energy dispersive spectrometer. It was obvious that a large number of primary silicon and intermetallic compounds were distributed in the grain boundary of the alloy on the basis of dendritic α-Al phase. Through comparison of the polished aluminum alloy, the etched aluminum alloy and the etched deactivated aluminum alloy, the three samples were measured by XRD respectively. It was found that the three samples were mainly composed of α-Al phase, Si phase and Al2Cu phase. The intensity of the diffraction peak of Al2Cu phase changed obviously before and after etching, and it was judged that it was more corrosion resistant. Subsequently, the surface roughness of these three samples was measured, and it was found that the surface roughness of the samples after chemical etching had a significant change compared with that after polishing, but the change of the surface roughness between the samples after deactivation and the samples after etching was not obvious, indicating that the rough surface was successfully constructed after etching. It paved the way for water droplets to reach Cassie state on the matrix surface. Subsequently, XPS analysis and surface chemical composition analysis were carried out on the three surfaces. Through high-resolution spectral analysis, it was found that the composition of chemical elements on the surface was closely related to the size of the hydrophobic angle. The larger the substrate surface energy, the smaller the surface hydrophobic angle. Conversely, the smaller the surface energy, the larger the surface hydrophobic angle. The highest surface energy was found on the etched surface, where the surface was Wenzel state, the hydrophobic angle was 3°, and the droplet was super hydrophilic. The lowest surface energy appeared the reduced surface, the hydrophobic angle was 157°, and the water droplets were super hydrophobic. This experiment also illustrates the construction process of superhydrophobic surface from the direction of molecular dynamics. After that, the mechanical properties of polished surface, etched surface and etched deactivated surface are analyzed, and the corrosion resistance of these three groups of experiments is analyzed. In the corrosion resistance experiment, the corrosion resistance of the etched surface is similar to that of the polished surface, or even stronger, which is caused by the larger surface contact area. However, compared with the former two, the corrosion resistance of the reduced surface has been significantly improved.KEY WORDS: aluminum-silicon alloy; first base and then acid; superhydrophobic; chemical etching; corrosion resistance在自然界数亿年的演化之中，动植物进化出了一些超乎寻常的能力，如荷叶表面的超疏水性。
一种耐高温液态铅或铅铋腐蚀的fecraly涂层及其制备方法
一种耐高温液态铅或铅铋腐蚀的fecraly涂层及其制备方法本发明涉及一种耐高温液态铅或铅铋腐蚀的铁铬铝氧化物涂层，特别是一种Fecraly涂层及其制备方法。
背景技术液态金属具有高热传导性、高密度、高等离子和电子流动性等优良性质，在航空、航天、核工业等领域得到了广泛的应用。
然而，这些液态金属也具有高腐蚀性，尤其是在高温和氧化条件下容易被腐蚀，导致设备损坏和事故发生。
因此，为了提高液态金属的耐蚀性能，需要对其表面进行保护，以延长设备的使用寿命，并确保工业生产的安全。
目前，对于液态金属的保护主要包括金属涂层、陶瓷涂层和氧化物涂层等。
与其他涂层相比，氧化物涂层在液态金属中具有较好的耐蚀性能，因为氧化物涂层可以形成一层致密的氧化物烧结膜，保护底层金属不被腐蚀。
在氧化物涂层中，Fecraly涂层由于其优良的物理、化学性质和高温稳定性而备受关注。
Fecraly涂层主要由氧化铁、氧化铬和氧化铝组成，在高温下形成一层致密、均匀的烧结膜，能够有效地防止液态金属的腐蚀。
目前，Fecraly涂层的制备方法主要包括物理气相沉积、热喷涂、化学气相沉积和电化学沉积等。
这些方法虽然能够制备出优良的Fecraly涂层，但是由于它们的制备条件复杂、成本高昂，限制了Fecraly涂层的广泛应用。
发明内容本发明的目的是提供一种简便、经济、高效的制备Fecraly涂层及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明的核心思想是采用电渣重熔技术，在液态铅或铅铋中添加适量的铁、铬和铝元素，制备出一种高温稳定、均匀致密的Fecraly涂层。
通过电渣重熔技术，可以将粉末状的Fecraly材料一次性喷涂在液态金属表面上，形成一层均匀致密的涂层，既能有效保护金属不被腐蚀，又能够满足液态金属传热性能的要求。
具体地，本发明的涂层含量为（以质量%计）：20～30Fe、16～23Cr、4～10Al，余量为铅或铅铋。
在本发明的制备方法中，首先将粉末状的Fecraly材料和液态铅或铅铋混合均匀，在高温下进行电渣重熔，得到一种均匀致密的Fecraly涂层。
铝合金表面超疏水缓蚀自修复膜的制备及其耐蚀性
3.8 〜4 . 9 1.2 〜1.8 0.3 〜1.0 0. 5 0. 5 0.3 0.1 余量
硫 酸 镁 和 3. 604 g 尿 素 溶 解 于 100 m L 去离子水中
文 献 标 志 码 ：A
文 章 编 号 ：1005-748X(2021)05-0001-07
Preparation of Super-Hydrophobic Corrosion-Inhibited Self-Repairing Film on Aluminum Alloy Surface and Its Corrosion Resistance
本工作先通过水热法在铝基体上制备镁铝水滑 石 膜 层 ，对 镁 铝 水 滑 石 膜 层 进 行 缓 蚀 剂 插 层 得 到 十 钒 酸 根 插 层 镁 铝 水 滑 石 膜 层 ，然 后 采 用 低 表 面 能 物 质氟硅烷通过气相沉积法对这两种膜层进行改性. 得到超疏水镁铝类水滑石膜层和超疏水十钒酸根插 层 镁 铝 类 水 滑 石 膜 层 .研 究 了 改 性 时 间 对 膜 层 的 结 构 、超 疏 水 性 能 和 耐 蚀 性 的 影 响 。
Key words ：chemical vapor deposition；hydrotalcite-like film；super-hydrophobic film ；modification tim e ；corrosion
resistance
收 稿 曰 期 :2〇19-〇7_24 基 金 项 目 ：国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 U O l W F B C m ^ l O O k 国
Abstract： Tw o kinds of hydrotalcite-like films including Mg-Al hydrotalcite film and decadexanadate intercalated
不锈钢与铅铋共晶合金相容性的研究进展
不锈钢与铅铋共晶合金相容性的研究进展丁建伟，邱长军，杨帆（南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001）摘要：铅铋共晶合金（LBE）是加速器驱动次临界系统（ADS）的散裂靶材及冷却剂的重要候选材料，也是第四代核能系统（GenⅣ）铅冷快堆（LFR）冷却剂的首选材料。
然而，当作为结构材料的不锈钢与液态LBE接触时会发生严重的腐蚀现象。
文中全面综述了国内外LBE对不锈钢材料腐蚀及涂层防腐方面的研究进展，重点综述了材料成分、氧含量、温度、腐蚀时间、相对流速等因素对液态LBE与不锈钢材料相容性的影响。
同时，指出了目前在液态LBE中不锈钢材料腐蚀防护方面存在的主要问题及今后的发展方向。
关键词：不锈钢；铅铋共晶合金；腐蚀；涂层中图分类号:TG17文献标志码:A文章编号：1002-2333（2021）03-0046-05 Research Progress on Compatibility of Stainless Steel and Lead-Bismuth Eutectic AlloyDING Jianwei,QIU Changjun,YANG Fan（School of Mechanical Engineering,University of South China,Hengyang421001,China）Abstract:Lead-bismuth eutectic alloy（LBE）is an important candidate material for the spallation target and coolant of the accelerator driven subcritical system（ADS）.It is also the first choice for the fourth-generation nuclear energy system（Gen Ⅳ）lead-cooled fast reactor（LFR）coolant.However,when liquid LBE comes into contact with stainless steel materials,it will cause serious corrosion damage to the stainless steel as a structural material.This paper comprehensively reviews the research progress of LBE on stainless steel corrosion and coating corrosion protection at home and abroad,focusing on the influence of material composition,oxygen content,temperature,corrosion time,relative flow rate and other factors on the compatibility of liquid LBE with stainless steel materials.At the same time,it points out the main problems existing in the corrosion protection of stainless steel materials in liquid LBE and the future development direction.Keywords:stainless steel；lead-bismuth eutectic alloy；corrosion；coating0引言铅铋共晶合金（LBE）因具有熔点低、导热性好、化学活性低、抗辐照性能好等优质特性，在ADS系统及先进快中子反应堆LFR中具有良好的应用前景[1-2]。
ADS候选结构材料在液态铅铋中腐蚀机理初步研究的开题报告
ADS候选结构材料在液态铅铋中腐蚀机理初步研究
的开题报告
题目：ADS候选结构材料在液态铅铋中腐蚀机理初步研究
研究背景和意义：
加快核能发展是我国能源发展的重要战略之一。
而快中子谱的先进
核能系统，如加速器驱动亚临界系统（ADS），由于具有明显的安全优势和延长核燃料利用寿命的优势，受到国际上广泛关注。
其中，液态铅铋
是ADS中使用的一种重要工作流体，也是重要的中子减速材料。
但液态
铅铋具有强的腐蚀性，大量使用时会对金属结构材料产生严重的腐蚀损伤，因此对于ADS候选结构材料在液态铅铋中的腐蚀机理研究至关重要。
研究内容和方法：
本研究的主要内容是通过制备候选结构材料试件，将其浸泡在液态
铅铋中，研究其在液态铅铋中的腐蚀特性和腐蚀机理。
主要的研究方法
包括：
1. 候选结构材料试件的制备：选取一些具有良好机械性能、耐高温、抗辐照性能的材料作为候选试件，如不锈钢、铁素体不锈钢、合金钢等，制备好试件。
2. 液态铅铋中的腐蚀实验：将试件放入液态铅铋中，对试件进行高温、高压、高辐照条件下的长时间腐蚀实验，通过观察试件的腐蚀情况，分析其腐蚀机理，并利用扫描电子显微镜、X射线衍射等手段进行表征。
预期成果和意义：
本研究将通过实验手段，深入研究ADS候选结构材料在液态铅铋中
的腐蚀特性和腐蚀机理，并对液态铅铋的应用提供指导。
该研究可为
ADS及其他类似先进核能系统的开发提供重要参考。
同时，该研究还具
有较大的实际应用价值，有助于确定适合液态铅铋使用的金属结构材料，推进先进核能系统的发展。
铝稀土涂层制备及其防腐性能试验研究
铝稀土涂层制备及其防腐性能试验研究
邹小琴;刘壮壮;李慕华;张华文
【期刊名称】《黄金》
【年(卷),期】2018(039)005
【摘要】制备铝粉和镧粉不同配比的铝稀土涂层,以不同厚度涂于Q235碳钢表面.采用盐雾试验、埋片试验、浸泡试验及电化学试验,确定铝稀土涂层中各成分的最佳配比及适宜厚度,分析埋片的腐蚀机理,研究铝稀土涂层的防腐过程和机理.试验结果表明:铝稀土涂层在镧粉质量分数为0.7%、铝粉质量分数为34.3%、涂层厚度为0.2 mm时,防腐性能最佳.在沿海土壤环境中,Q235碳钢的腐蚀速率随pH、含水率、含盐量的增大而增大.在海水环境中,铝稀土涂层对Q235碳钢起到了物理隔离作用,且在不同环境下,铝稀土涂层均表现出优异的防腐性能.
【总页数】4页(P4-7)
【作者】邹小琴;刘壮壮;李慕华;张华文
【作者单位】浙江海洋大学石化与能源工程学院;浙江海洋大学石化与能源工程学院;浙江海洋大学石化与能源工程学院;浙江海洋大学石化与能源工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG178
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ZM5镁合金超音速微粒沉积Al-Si涂层的耐腐蚀性能
ZM5镁合金超音速微粒沉积Al-Si涂层的耐腐蚀性能朱胜;刘玉项;王晓明;韩国峰【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】为提高镁合金的耐蚀性能，采用超音速微粒沉积技术在ZM5基体上制备Al-Si防护涂层。
采用环氧面漆对涂层进行封孔处理，采用电化学方法和中性盐雾实验对镁合金基体、涂层及涂层封孔后的抗腐蚀性能进行测试。
结果表明：防护涂层致密，缺陷少，可显著提高ZM5镁合金的耐蚀性能；腐蚀电流密度比基体降低2~3个数量级，阻抗模值提高2个数量级，而涂层封孔后耐蚀性能进一步提高。
相比镁合金24 h严重腐蚀，涂层中性盐雾实验1000 h仅轻微腐蚀，腐蚀造成的质量损耗较小，封孔后涂层未见明显腐蚀，可为镁合金提供长效防护。
【总页数】7页(P546-552)【作者】朱胜;刘玉项;王晓明;韩国峰【作者单位】装甲兵工程学院装备再制造技术国家重点实验室，北京 100072;装甲兵工程学院装备再制造技术国家重点实验室，北京 100072;装甲兵工程学院装备再制造技术国家重点实验室，北京 100072;装甲兵工程学院装备再制造技术国家重点实验室，北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TG174【相关文献】1.镁合金表面电化学沉积制备羟基磷灰石涂层及耐腐蚀性能的研究 [J], 华帅;陶庆爽;郭亚鑫;刘小萍;范爱兰;唐宾2.加入混合稀土后ZM5镁合金的耐腐蚀性能 [J], 李华基;刘志良3.超音速微粒沉积镍基合金涂层的微观结构与摩擦磨损行为 [J], 王晓明;周超极;朱胜;王启伟;张垚4.氢气流量对超音速微粒沉积Al12Si涂层的影响 [J], 朱胜;刘玉项;王晓明;韩国峰;姚巨坤5.铜合金表面超音速微粒沉积镍基涂层的耐蚀性能研究 [J], 朱胜;周超极;王晓明;韩国峰;刘玉项因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
阳极氧化法制备铝基超疏水涂层及其稳定性和耐蚀性的研究
阳极氧化法制备铝基超疏水涂层及其稳定性和耐蚀性的研究郑顺丽;李澄;项腾飞;胡玮;丁诗炳;王晶;刘盼金【摘要】Aluminum (Al)can be easily contaminated or damaged after exposure in damp environ-ments,which can adversely affect its aesthetic appearance and desired functionalities.To improve its corrosion resistance,a superhydrophobic coating was fabricated on Al by electrochemical anodization followed by modification with myristic acid.The surface morphology and chemical composition were characterized by using a field emission scanning electron microscope (FESEM)with attached energy dispersive X-ray spectrum (EDS).The surface wettability,mechanical stability as well as corrosion resistance were also investigated by contact angle measuring system,sandblasting test and electro-chemical measurements.The results show that the optimal Al-based superhydrophobic coating with a static water contact angle of (155.2±0.5)°and a sliding angle of (3.5±1.3)°is obtained at the anod-ization voltage of 20V.The corresponding corrosion current density (I corr )is reduced by 2 orders of magnitude and the corrosion potential (Ecorr )shifts from -0.629V to -0.570V compared to the bare Al substrate,indicating excellent corrosion resistance.Besides,the as-prepared optimal Al-based su-perhydrophobic coating also suggests good mechanical stability.%铝由于在潮湿的环境中很容易受到污染和损坏,从而严重影响了其美观性和用途.为了改善铝基材料的耐腐蚀性能,采用电化学阳极氧化法与十四酸修饰相结合的方式在铝基底上制备了超疏水涂层.通过场发射扫描电镜(FESEM)和X射线能量色散光谱(EDS)对涂层表面形貌和化学组成进行了表征.同时利用接触角测量仪、喷砂实验和电化学测试分别对涂层表面的润湿性、机械稳定性以及耐腐蚀性能进行了研究.结果表明:当阳极氧化电压为20V时,所制备的涂层为最佳铝基超疏水涂层,此时涂层的接触角为(155.2±0.5)°,滚动角为(3.5±1.3)°.其对应的腐蚀电流密度较铝基底降低了2个数量级,腐蚀电位从-0.629V正移到-0.570V,呈现出优异的耐腐蚀性能.此外,该涂层还具有良好的机械稳定性.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)010【总页数】8页(P71-78)【关键词】超疏水涂层;铝;阳极氧化;耐蚀性;稳定性【作者】郑顺丽;李澄;项腾飞;胡玮;丁诗炳;王晶;刘盼金【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TB37Abstract： Aluminum (Al) can be easily contaminated or damaged after exposure in damp environments, which can adversely affect its aesthetic appearance and desired functionalities. To improve its corrosion resistance,a superhydrophobic coating was fabricated on Al by electrochemical anodization followed by modification with myristic acid. The surface morphology and chemical composition were characterized by using a field emission scanning electron microscope (FESEM) with attached energy dispersive X-ray spectrum (EDS). The surface wettability, mechanical stability as well as corrosion resistance were also investigated by contact angle measuring system, sandblasting test and electrochemical measurements. The results show that the optimal Al-based superhydrophobic coating with a static water contact angle of (155.2±0.5)° and a sliding ang le of (3.5±1.3)° is obtained at the anodization voltage of 20V. The corresponding corrosion current density (Icorr) is reduced by 2 orders of magnitude and the corrosion potential (Ecorr) shifts from -0.629V to -0.570V compared to the bare Al substrate, indicating excellent corrosion resistance. Besides, the as-prepared optimal Al-based superhydrophobic coating also suggests good mechanical stability.Key words：superhydrophobic coating；aluminum；anodization；corrosion resistance；stability铝在自然界中储量丰富，且因具有独特的延展性、高比强度以及良好的导电性等优异性能，被广泛应用在各个领域，尤其是在航空制造、交通运输和建筑行业[1]。
含铝强化奥氏体钢在550℃液态铅铋中的腐蚀行为
含铝强化奥氏体钢在550℃液态铅铋中的腐蚀行为甘舒匀;徐帅;李炳生;柴林江;陈黎明;何晓珣;汪利;刘思捷;文春梅;李佳奇;伍忠政【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2024(73)2【摘要】先进铅冷快堆和加速器驱动次临界系统商业化的关键材料问题是结构材料与铅基冷却剂之间的相容性问题,结构钢材料需要在高温液态铅铋共晶中具有优异的抗腐蚀能力.含铝强化奥氏体钢(alumina-forming austenite steel,AFA钢)因其表面可以形成Al2O3膜而在极端环境中具有良好的耐蚀性能.本文研究了降低Ni元素成分和高温预氧化对AFA钢耐铅铋腐蚀性能的影响,利用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、X射线衍射技术,对AFA钢在550℃液态铅铋饱和溶氧条件下腐蚀600 h的氧化层形貌及结构进行表征.结果表明:降低合金中Ni含量和高温预氧化处理都会促进样品表面形成保护性Al2O3氧化膜,进而降低腐蚀层厚度,提升材料耐铅铋腐蚀性能.【总页数】14页(P242-255)【作者】甘舒匀;徐帅;李炳生;柴林江;陈黎明;何晓珣;汪利;刘思捷;文春梅;李佳奇;伍忠政【作者单位】西南科技大学材料与化学学院;西南科技大学;重庆理工大学材料成型及控制工程系【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.拉应力下T91钢在550℃液态铅铋中的腐蚀行为2.奥氏体321不锈钢在550℃静态铅铋共晶合金中的腐蚀行为3.铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢的液态铅铋腐蚀行为与机理4.液态铅铋介质中奥氏体不锈钢腐蚀第一性原理研究5.静态腐蚀条件下铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢与液态铅铋合金相容性研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能
铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能李松梅*王勇干刘建华韦巍(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要：基于含氟聚氨酯和纳米SiO 2的协同作用,在铝合金表面成功制备了一层超疏水涂层.用红外光谱、扫描电镜和电化学测试等技术对超疏水涂层进行了表征和分析.红外光谱结果表明,硅烷偶联剂(A1100)成功键合到纳米SiO 2表面.扫描电镜和接触角测定仪对涂层的表面形貌表征结果表明,涂层表面存在微米⁃亚微米尺度的粗糙结构,接触角可达到156°,滚动角小于5°.电化学测试(交流阻抗和极化曲线)结果表明,所得到的涂层极大地提高了铝合金的耐蚀性能.关键词：超疏水；硅烷偶联剂；电化学测试；耐蚀性中图分类号：O648Preparation of Superhydrophobic Coating on Aluminum Alloy with ItsAnti 鄄Corrosion PropertyLI Song ⁃Mei *WANG Yong ⁃GanLIU Jian ⁃HuaWEI Wei(College of Material Science and Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,P.R.China )Abstract ：Based on the cooperation of the fluorated polyurethane and nano silicon oxide,superhydrophobic coating was successfully fabricated on the surface of aluminium alloy.The superhydrophobic coating was characterized and investigated by FT ⁃IR 、SEM and electrochemical measurement.The FT ⁃IR result showed that silane coupling reagent (A1100)was grafted on the surface of the nano ⁃disilicon oxide.Scanning electronic microscopy(SEM)and optical contact angle meter(兹)indicated that rough structure was present on the surface of the coating,and the contact angle could reach up to 156°with sliding angle smaller than 5°.The results of electrochemical measurements (EIS and polarization curve)showed that anti ⁃corrosion property of aluminium alloy was greatly improved.Key Words ：Superhydrophobic;Silane coupling reagent;Electrochemical measurement;Anti ⁃corrosionproperty[Note]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2007,23(10)：1631-1636Received:March 7,2007;Revised:July 2,2007;Published on Web:August 28,2007.∗Corresponding author.Email:Songmei_li@;Tel:+8610⁃82317103.ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica在理论和实际运用中,表面润湿性是超疏水涂层体系的重要性能[1].自然界中许多植物都具有超疏水和自清洁性能,如荷叶表面具有超疏水性能,是由于表面微米范围的乳凸引起的粗糙度和蜡质层所引起的[2].Jiang 等[3]发现荷叶表面的微米乳凸上存在树枝状结构,这种微⁃纳米阶层结构就形成接触角很大、滚动角很小的超疏水表面.水滴能够以小水珠的形式在荷叶表面滚动并带走灰尘,这就是所谓的自清洁或超疏水性能(接触角大于150°,滚动角小于10°)[4-6].国内外学者在超疏水性能方面作了大量研究,如Favia 等[7]在调制射频辉光区沉积四氟乙烯后,接触角大于150°；Teshima 等[8]通过选择性氧等离子刻蚀和等离子增强化学气相沉积(CVD)得到超疏水表面；Ma 等[9]用一步电纺纱疏水材料和CVD 相结合的方法获得接触角大于175°的超疏水性能；Zhai 等[10]通过自组装聚丙烯铵盐酸盐(PAH)和聚丙烯酸(PAA)的多层膜,得到接触角为172°的超疏水表面；Zhang 等[11]利用电沉积稠密的金簇,经过n ⁃十October 1631Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23二烷硫醇修饰后,接触角达到173°.然而,上述方法由于实验条件苛刻、仪器昂贵或者工艺复杂,限制了疏水材料在实际生活中的应用范围.制造超疏水表面的方法可以分为两类[12],即由低表面能材料制造粗糙表面和用低表面能材料改性粗糙表面.本文利用含氟聚氨酯的低表面能,通过改性纳米SiO2在其表面键合,形成一种粗糙结构,实现超疏水表面的构建.1实验部分1.1原料铝合金(LY12,北京航空航天大学机械厂),双组分含氟聚氨酯(天津灯塔涂料有限公司,组分一含F—OH,组分二含—OCN,组分一与组分二的质量比为5∶1),纳米SiO2(A380,北京安特普纳科贸有限公司,原生粒径为7nm),硅烷偶联剂(A1100)(北京安特普纳科贸有限公司),二甲苯(分析纯,北京化工厂),Alodine(阿罗丁)液(北京航空材料研究院). 1.2工艺经过除油、碱洗后的铝合金浸入到阿罗丁液3 min后,表面镀上阿罗丁膜,然后在其表面刷涂双组分的含氟聚氨酯(保证含—OCN组分过量).纳米SiO2表面经偶联剂(A1100)修饰后带有—NH2,并将其溶于二甲苯配成0.025g·mL-1的浓度,然后将预涂后的铝合金浸入,使预涂基体表面分布的—OCN和经修饰后带有—NH2的SiO2充分反应,将纳米SiO2固定在涂层表面,约14h后烘干.偶联剂的用量m按其在纳米SiO2表面形成单分子层计算：m=(m1·S s)/S w式中,m1为SiO2的质量,S s为SiO2的比表面积(380 m2·g-1),S w为偶联剂A1100的可润湿比表面积(353 m2·g-1).1.3涂层性能表征及测试用红外光谱仪(AVATAR⁃360,NICOLET, American)表征经过硅烷偶联剂改性的纳米SiO2；用扫描电镜(JSM⁃5800,JEOL,Japan)观察表面形貌,并作能谱分析；用接触角测定仪(OCA20,Dataphysics, Germany)测量静态接触角.电化学测试采用三电极体系,以含超疏水涂层的铝合金为研究电极,铂电极为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,用质量分数为3.5%的NaCl溶液作为介质,将带有超疏水涂层的铝合金和只经过打磨后的铝合金(空白样)的耐蚀性能进行对比.交流阻抗谱(EIS)测试使用电化学工作站(Parstat2273,Ametek,American),测试软件为Powersuit阻抗测试系统,频率范围在1×105-1×10-2 Hz.测量极化曲线时的扫描速率为1mV·s-1.2分析与讨论2.1形貌表征图1是表面经过硅烷偶联剂(A1100)修饰前后的纳米SiO2的FT⁃IR谱图.可以看到,加入偶联剂前后纳米SiO2表面物质组成基本没有发生变化,但经A1100修饰后纳米SiO2表面的部分羟基与硅烷偶联剂作用生成Si—O键[13].2973cm-1处为—CH2、—CH3的特征吸收峰,修饰后的纳米SiO2吸收峰强度增强,且在1457cm-1出现新峰,为C—H的特征吸收峰[14].改性后的纳米SiO2和茚三酮发生显色反应,变成蓝紫色[15],这是氨基(—NH2)的特征显色反应,说明偶联剂确实已经键合到SiO2表面.图2是水滴在经过SiO2键合后铝合金涂层表面的照片.由于涂层是在液相环境中获得,将预涂聚氨酯后的铝合金浸入到分散均匀的SiO2⁃二甲苯液中,然后通过化学键在含氟聚氨酯表面键合了一层SiO2,故得到的涂层表面均匀一致,如图2a.从图2b 中可以很清楚地看到水滴在其表面的状态,水滴与涂层表面接触面积小,具有良好的自洁性能.图3是预涂含氟聚氨酯和具有超疏水涂层的铝合金表面的SEM图.尽管在宏观上聚氨酯涂层具有光滑平整的表面,但由于涂料只能在微米范围内流平,导致聚氨酯表面有褶皱产生,如图3a所示.从图3b中发现,具有超疏水涂层的铝合金表面起伏不平,存在微米⁃亚微米范围内的粗糙结构,同时有孔洞结图1改性前(a)后(b)纳米SiO2的FT⁃IR光谱Fig.1FT⁃IR spectra of nano⁃SiO2(a)before and(b)aftermodification1632No.10李松梅等：铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能构存在,这是由于将预涂聚氨酯后的铝合金浸入到二甲苯中,发生了溶胀,部分聚氨酯溶解,形成微孔结构.另外,部分改性SiO 2会随着二甲苯进入到涂层内部,与涂层内部的—OCN 键合,最终在干燥过程中,与表面键合的SiO 2层在涂层表面层错堆叠,形成一种满足超疏水性能所需要的粗糙度.另外所使用的不定型SiO 2的原生粒径约为7nm,但从SEM 图中发现表面主要存在粒径为0.1-1滋m 的粗糙结构.这可能是由于在改性以及研磨过程中,纳米颗粒发生硬团聚,在超声分散过程中,很难将团聚的颗粒分开.但可以发现杂乱排列的SiO 2在某种程度上模拟了荷叶的表面结构,即微米结构上存在亚微米结构,并获得较高的超疏水性能(接触角高达156°,见图4).图4是具有预涂含氟聚氨酯(a)和超疏水(b)涂层的铝合金表面的接触角测试结果.可以看出,聚氨酯本身具有较低的表面能,但与水滴的接触角(兹)只有76°,表现出弱疏水性能,这是因为含氟聚氨酯中图3铝合金表面涂层的SEM 照片Fig.3SEM images of coating on the aluminum surfacea)pre ⁃coated with polyurethane ；b)superhydrophobicsurface图4铝合金涂层表面的接触角(θ)Fig.4Water contact angle (θ)of aluminum alloy surface with coatinga)coated with polyurethane;b)superhydrophobiccoating图2水滴在含有超疏水涂层的铝合金表面的照片Fig.2Digital photos of droplet on the aluminum surfacea)overlook,b)side ⁃look1633Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23的氟含量约为20%,不能满足疏水性要求的低表面能,而超疏水涂层的接触角为156°,滚动角小于5°.粗糙表面可分为三种,即有序化粗糙表面、无序化粗糙表面和阶层结构粗糙表面.单纯通过降低表面能可以增大接触角,但接触角不能超过120°[16].本实验中得到的超疏水性能可以归结为纳米SiO 2在涂层表面键合后的无规排列,形成了微米⁃亚微米范围内的无序化粗糙结构,以及硅烷偶联剂上的疏水性硅烷链键合到SiO 2表面[17].另外,在本实验中是基于含氟聚氨酯的涂层,氟化物属于低表面能物质,对疏水性能也有影响[17,18].涂层表面的EDS 测试结果(如表1所示)也说明涂层表面含有氟化物,有利于超疏水表面的形成.2.2耐蚀性能测试在铝合金表面构造了一层超疏水涂层后,利用电化学实验测试该涂层的耐蚀性能.图5是铝合金空白样和具有超疏水涂层铝合金的交流阻抗谱.从图5(a)中可看出,铝合金空白样由于在NaCl 溶液中会形成多孔氧化膜,而外层Cl -与氧化膜相互作用又会形成盐膜[19],所以阻抗值达到了104数量级.在低频区,可以发现阻抗图谱发生了萎缩,这是因为点蚀开始萌生,最后阻抗谱的虚部变为正值,这时点蚀处于扩展阶段.从图5(b)中可看出,含超疏水涂层的铝合金具有优异耐蚀性能,阻抗值接近108数量级,这可归结于所得到的涂层表面张力小.但不能仅仅将超疏水涂层的耐蚀性归结为其表面张力小,腐蚀介质无法接近基体,因为Liu 等[20]利用十四烷酸处理活化后的Cu 基体,也得到超疏水涂层,利用EIS 研究了其表面膜层的耐蚀性,发现阻抗为104数量级.故我们将含超疏水涂层的铝合金具有高耐蚀性能归结于两个方面,首先,预处理镀上的一层阿罗丁膜会增加超疏水涂层的耐蚀性能.另外,由于制备的涂层具有超疏水性能,导致部分腐蚀性离子(如Cl -)无法依靠溶液介质接近涂层表面,这样就很好地保护了基体.而聚氨酯由于在浸泡过程中发生溶胀,形成了多孔结构,不再是一个连续的膜,所以没有考虑其对耐蚀性能的贡献.图6是超疏水涂层体系的Bode 图,可以观察到图上有三个峰值,说明体系含有三个时间常数.然而图5中的超疏水涂层阻抗谱只显示出一个半圆,这是因为Nyquist 图应用的是线性轴,区分这些时间常数就变得较为困难,这种情况下,Bode 图就非常适用,可以清晰地分辨出电荷传递的每一步骤[21],实际上在Nyquist 图高频区还存在两个半圆,只是半圆直径相对较小,不能明显观察出来.在刷涂聚氨酯之前,为了增加其与基体的结合力,先在铝合金基体上镀上了一层阿罗丁膜,而且聚氨酯与SiO 2键合形成的超疏水涂层具有很小的表面张力,溶液介质很难接近基体,这样就可以认为在涂层和溶液介质间形成了一层隔离膜.考虑在涂层和溶液介质之间存图5空白样和带涂层的铝合金的Nyquisit 图Fig.5Nyquisit diagrams of the aluminum alloy with and without coating*)mass ratio,**)atom ratio;K series excitationElement w (%)*a (%)**C 34.7646.28O 34.5434.53F 7.61 6.41Si 19.9411.36Cl 3.15 1.42total100.00100.00表1铝合金超疏水涂层表面的EDS 测定结果Table 1Results of EDS of the aluminum alloysurface with superhydrophobiccoating1634No.10李松梅等：铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能在电荷双电层,通过对得到的Bode图和Nyquist图进行分析,结合三层膜的等效电路(图7)来分析此涂层[22,23].由于涂层表面存在粗糙结构,用恒相位元件CPE替代超疏水涂层表面的纯电容[24].图8是利用ZSIMPWIN软件并结合图7中等效电路图模拟得到的EIS等效阻抗谱.含有超疏水涂层的铝合金表面结构是电荷双电层先与超疏水涂层形成并联结构,然后再和阿罗丁膜串联.由于超疏水涂层的表面张力很小,溶液介质无法通过超疏水涂层靠近阿罗丁膜,这样溶液中的剩余负电荷只能在超疏水涂层表面排列,同时含有超疏水涂层的铝合金中的剩余正电荷会慢慢迁移到阿罗丁膜表面,形成了电荷双电层,故最终形成的双电层之间包含了超疏水涂层(图7).另外,由于超疏水涂层和阿罗丁膜的交互作用,使得拟合的阿罗丁膜阻抗值达到了4.513×107Ω,超疏水涂层电阻为6.275×107Ω,具有良好的耐蚀性能.由于形成的阿罗丁膜比较致密,且与铝合金基体结合良好,对整个涂层的抗腐蚀性能起到了促进作用.由图8可以看到,软件模拟和实验获得的谱图具有良好的一致性,其误差为9.668×10-3,说明其等效电路图能够有效地反映出超疏水涂层的结构组成.图9是空白样和具有超疏水涂层铝合金的Tafel曲线.从图9中可以看到,空白样品的自腐蚀电位约为-0.8V,而含有超疏水涂层的自腐蚀电位正移至-0.72V左右,说明此涂层使得Tafel曲线阳极分支和阴极分支正移,降低了铝合金发生腐蚀的倾向,同时铝合金空白样的阳极区极化度要远远大于含超疏水涂层的铝合金.而且在阳极极化区,可以看见空白样品的电流急剧上升,而含有超疏水涂层的铝合金电流缓慢增加,最终保持在一个很低的数值(10-8.5A·cm-2).而阳极极化曲线是一个加速腐蚀的过程,腐蚀速率取决于涂层的抗极化能力,由图9可以说明,在强极化区,超疏水涂层的存在有效地提高了铝合金的耐腐蚀性能,这和交流阻抗测试所得到图7超疏水涂层的等效电路Fig.7Equivalent circuits of superhydrophobiccoatingR sol,R ct,R1,R2were resistances of solution,charge⁃transferring, superhydrophobic and alodine coating respectively.C dl,Q CPE1,C1were capacitances of double layers,superhydrophobic and alodine coating.图9空白样和含涂层铝合金Tafel曲线Fig.9Tafel curves of the aluminum alloy with andwithout coating图8超疏水涂层的拟合阻抗谱Fig.8Simulated impedance plot of superhydrophobic coating on aluminumalloy 图6超疏水涂层的Bode图Fig.6Bode diagram of the aluminum alloy withcoating1635Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23的结论一致.3结论(1)通过FT鄄IR光谱测试,发现硅烷偶联剂成功键合到纳米SiO2表面,使其表面带有氨基官能团,和双组分聚氨酯中过量的异氰酸根(—OCN)反应后,使得SiO2可以固定在铝合金表面,形成粗糙结构.(2)利用SEM观察到超疏水涂层的铝合金表面微米范围内粗糙结构的存在,接触角测试结果表明此工艺可以获得超疏水涂层.(3)铝合金表面超疏水性能是通过氟聚氨酯、偶联剂修饰纳米SiO2后带有疏水基团,以及在表面形成粗糙结构的协同作用所得到的.(4)电化学测试结果表明,超疏水涂层体系的存在能很大程度地提高铝合金的耐腐蚀性能.References1Kwok,D.Y.;Neumann,A.W.Adv.Colloid Interface Sci.,1999, 81(3):1672Ball,P.Nature,1999,400(6744):5073Sun,T.;Feng,L.;Gao,X.;Jiang,L.Acc.Chem.Res.,2005,38(8): 6444Jiang,L.Adv.Mater.,2002,14:18575Guo,Z.G.;Zhou,F.;Liu,W.M.Acta Chimica Sinica,2006,64(8):761[郭志光,周峰,刘维民.化学学报,2006,64(8):761] 6Nakajima,A.;Fujishima,A.Adv.Mater.,1999,11:13657Favia,P.;Cicala,G.;Milella,A.;Palumbo,F.;Rossini,P.;Agostino,R.Surface and Coatings Technology,2003,169-170: 6098Teshima,K.;Sugimura,H.;Inoue,Y.;Takai,O.;Takano,A.Appl.Surf.Sci.,2005,244:6199Ma,M.;Mao,Y.;Gupta,M.;Gleason,K.K.;Rutledge,G.C.Macromolecules,2005,38:974210Zhai,L.;Cebeci,F.C.;Cohen,R.E.;Rubner,M.F.Nano Letters, 2004,4(7):134911Zhang,X.;Shi,F.;Yu,X.;Liu,H.;Fu,Y.;Wang,Z.Q.;Jiang,L.;Li,X.Y.J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):306412Ma,M.L.;Hill,R.M.Current Opinion in Colloid&Interface Science,2006,11(4):19313Bai,H.Y.;Jia,M.Q.;Wu,W.;Wang,J.L.Surface Technology, 2003,32(6):59[白红英,贾梦秋,毋伟,王金玲.表面技术,2003,32(6):59]14Li,X.X.;Zuo,J.H.;Wang,J.;Song,E.M.China Plastics Industry, 2006,34(B05):127[李晓萱,左建华,汪瑾,宋恩猛.塑料工业,2006,34(B05):127]15Eiselt,P.;Lee,K.Y.;Mooney,D.J.Macromolecules,1999,32: 556116Blossey,R.Nat.Mater.,2003,2:30117Xu,C.X.;Lu,W.X.Journal of Shanghai University(Natural Science),2000,6(5):420[徐彩宣,陆文雄.上海大学学报(自然科学版),2000,6(5):420]18Shang,H.M.;Wang,Y.;Limmer,S.J.;Chou,T.P.;Takahashi,K.;Cao,G.Z.Thin Solid Films,2005,472:7119Hu,J.M.;Liu,J.;Zhang,J.T.;Zhang,J.Q.;Cao,C.N.Acta Metallurgica Sinica,2004,40(11):1189[胡吉明,刘惊,张金涛,张鉴清,曹楚南.金属学报,2004,40(11):1189]20Liu,T.;Yin,Y.S.;Chen,S.G.;Chang,X.T.;Cheng,S.Electrochimica Acta,2007,52(11):370921Cui,X.L.;Jiang,Z.Y.Journal of Shanghai Teachers University (Natural Science),2001,30(4):53[崔晓莉,江志裕.上海师范大学学报(自然科学版),2001,30(4):53]22Tian,Z.W.Electrochemical methods.Beijing:Science Press, 1984:250[田昭武.电化学研究方法.北京：科学出版社,1984: 250]23Zha,Q.X.Kinetics of electrode process.Beijing:Science Press, 2002:213[查全性.电极过程动力学.北京：科学出版社,2002: 213]24Cheng,Z.L.;Yang,X.R.Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2001,29(1):6[程志亮,杨秀荣.分析化学,2001,29(1):6]1636。
铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能
铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能
李松梅;王勇干;刘建华;韦巍
【期刊名称】《物理化学学报》
【年(卷),期】2007(23)10
【摘要】基于含氟聚氨酯和纳米SiO2的协同作用,在铝合金表面成功制备了一层超疏水涂层.用红外光谱、扫描电镜和电化学测试等技术对超疏水涂层进行了表征和分析.红外光谱结果表明,硅烷偶联剂(A1100)成功键合到纳米SiO2表面.扫描电镜和接触角测定仪对涂层的表面形貌表征结果表明,涂层表面存在微米-亚微米尺度的粗糙结构,接触角可达到156°,滚动角小于5°.电化学测试(交流阻抗和极化曲线)结果表明,所得到的涂层极大地提高了铝合金的耐蚀性能.
【总页数】6页(P1631-1636)
【作者】李松梅;王勇干;刘建华;韦巍
【作者单位】北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】O648
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第38卷第3期核科学与工程Vol.38 No.3 2018年6月Nuclear Science and Engineering Jun.2018Al、（Al，Si）涂层的制备及其在550 ℃液态铅铋合金中的防腐蚀性能研究雷曼1，董伟伟1，方晓东1，田书建2，姜志忠2（1. 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031；2. 中国科学院核能安全技术研究所，安徽合肥230031）摘要：液态铅铋是加速器驱动次临界系统（ADS）的冷却剂兼散裂靶主选材料之一，作为加速器ADS系统中最合适的候选结构材料之一的奥氏体不锈钢316L，如果在高温液态铅铋合金（LBE）中遭受腐蚀会严重影响系统的安全性，因此必须要提高结构钢材的高温防腐蚀性能。
本文利用热蒸发法在奥氏体不锈钢316L表面制备了Al及Si掺杂Al的Al-Si，Si-Al和Al（Si）四种涂层。
利用X射线衍射，扫描电子显微镜和能谱仪表征和分析了涂层的相结构和显微结构。
将四种涂层在550 ℃液态铅铋防腐1 000 h后，研究了它们的防腐蚀性能。
结果表明，在目前的腐蚀条件下，四种涂层均具有良好的防LBE腐蚀性能，其中Al-Si涂层的防腐蚀性最好。
关键词：液态铅铋合金（LBE）；热蒸发法；Al涂层；（Al，Si）涂层；防腐蚀中图分类号：TL214+.6文章标志码：A文章编号：0258−0918（2018）03−0499−07Preparation of Aluminum and (Aluminum，Silicon) Coatings and Study of the Coatings Anti-corrosion Properties in 550 ℃Liquid Lead-bismuth EutecticLEI Man1，DONG Wei-wei1，FANG Xiao-dong1，TIAN Shu-jian2，JIANG Zhi-zhong2（1. Anhui Provincial Key Laboratory of Photonic Devices and Materials，Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Hefei of Anhui Prov. 230031，China；2. Institute of Nuclear Energy Safety Technology，Chinese Academy of Sciences，Hefei of Anhui Prov. 230031）Abstract：Liquid lead-bismuth eutectic (LBE) is one of candidates of spallation target and coolant materials for the Accelerator Driven Sub-critical System (ADS)，and the austenitic stainless steel 316L is considered as a possible candidate structural material for ADS.______________________收稿日期：2017−04−16基金项目：国家自然科学基金项目（NO. 91026002）作者简介：雷曼（1988—），女，安徽人，硕士，主要从事材料科学的研究499However the corrosion of austenitic stainless steel 316L in this liquid alloy will affect the security of the system. In order to solve the problems，the Al and (Al，Si) coatings were prepared on austenitic stainless steel 316L by thermal evaporation deposition method. Three different process were used to prepare (Al，Si) coatings and they were Al-Si，Si-Al and Al(Si) coatings. The microstructure and phase of the samples was examined by SEM，EDS and XRD. The anti-corrosion properties of these samples were studied in liquid LBE at 550 ℃for 1 000 h. The results showed that all the coatings have good resistance to LBE corrosion and the anti-corrosion performance of the Al–Si coating is the best.Key words：Liquid lead-bismuth eutectic(LBE)；Thermal Evaporation Deposition；Al coating；(Al，Si) coatings；anti-corrosion加速器驱动次临界系统（ADS）安全性强，不产生或少产生长寿命核废物，并能嬗变长寿命锕系废物，减少核废料，提高燃料利用率[1]。
作为ADS系统的散裂靶兼冷却剂的LBE具有低熔点、低蒸汽压，低的中子慢化截面和吸收截面等而具备良好的传热性、安全性和中子经济性等[2,3]。
但当奥氏体不锈钢316L 等结构材料直接暴露在高温流动的LBE中时，会通过溶解、晶粒间冲击、氧化等物理和化学作用而被腐蚀从而对核反应堆系统的安全运行造成威胁。
因此，必须解决高温LBE与结构材料相容性的关键科学和实际工程问题[4]。
根据目前对不同组分的结构材料在高温LBE中腐蚀机理的研究发现，结构材料在氧饱和条件下，发生氧化腐蚀生成氧化物层。
当温度高于500 ℃，奥氏体不锈钢受到严重的腐蚀，铁素体和马氏体钢生成一层较厚的氧化物层，该氧化物层发生周期性的剥落，不仅阻塞冷却通道而且阻碍热传导[5]。
当氧含量较低时，奥氏体不锈钢会通过溶解转变成铁素体而被腐蚀[6]。
因此这些材料都只适合于500 ℃以下的情况使用。
对于500 ℃以上运行的ADS系统，必须在结构材料表面进行防腐蚀涂层的保护。
根据涂层材料种类及其性质特点，国际上耐LBE腐蚀涂层的研究对象主要包括以下几种类型：（1）氧化物涂层[7−10]；（2）氮化物涂层[11−13]；（3）难熔金属涂层[14−16]；（4）铝化物合金涂层[17,18]等。
其中，铝化物涂层中包含的铝及铁铝间金属化合物在LBE中具有良好的抗氧化和防腐蚀作用[19,20]。
目前有文献报道在铝涂层中加入Si 来增强钢材的高温抗氧化性。
其作用机理为当Si的浓度足够高时它能在金属与界面间处形成一层连续的石英玻璃层，这层缺陷较少的二氧化硅层能有效阻止原子的扩散[21]。
并且Si在500 ℃LBE中的溶解度（质量分数）只有1.69×10−5%[22]比铝的溶解度低了五个数量级，因此具有更好的防腐蚀效果。
目前，制备Al 涂层的主要方法有包埋渗铝[18]、热浸镀铝[23]、物理气相沉积法[17]等。
包埋渗铝制备的Al涂层由于Al原子的扩散，在高温（600 ℃）流动的LBE和低氧（质量分数低于10−8%）静态LBE 中都存在明显的腐蚀损伤[18]；热浸铝由于较高的工艺温度会影响基体材料的性质。
在我们前期的研究中[24]，利用热蒸发法在马氏体钢T91、CLAM和奥氏体不锈钢316L上制备出Al涂层，通过550 ℃ 1 000 h的腐蚀实验发现涂层具有良好的防腐性能。
热蒸发方法制备的镀层具有厚度可调且均匀一致的优点，克服了热浸铝等其他方法对镀层厚度和均匀性难以控制的缺点。
本文在前期的研究基础上[24]，利用热蒸发法在奥氏体不锈钢316L上制备了Al以及Si 掺杂Al的Al-Si，Si-Al和Al（Si）四种涂层，对获得的涂层在550 ℃氧饱和LBE中腐蚀1 000 h后防腐蚀行为进行了测试和研究。
研究结果发现与Al涂层相比，Al-Si涂层的防腐蚀性能有所提高，Si-Al涂层防腐蚀性能降低，Al（Si）涂层防腐蚀性能没有明显改变。
5001实验过程1.1实验设备及材料基体材料选择奥氏体不锈钢316L，化学成分及质量分数如表1所示。
采用线切割将基体材料加工成厚度5 mm梯形试样。
实验前，样品表面经过打磨，丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10 min，干燥待用。
表1 奥氏体不锈钢316L的化学成分及质量分数（%）Table 1 Chemical compositions of austenitic stainless steel 316L（wt %）Cr Ni Mn C S Si W V Mo N P Fe 316L 17.4 11.1 1.110.018 0.001 0.53— — 2.16 0.04 0.026 Bal.1.2涂层制备采用三种不同的工艺制备（Al，Si）涂层，即先镀一层铝，后镀一层硅获得Al-Si涂层；先镀一层硅，再镀一层铝获得Si -Al涂层；同时镀铝和硅获得Al（Si）涂层。
作为对比同时制备了纯Al涂层。
原料为纯度99.99%的Al 丝和单晶Si片。
蒸发前称取质量比4:1的Al 丝和Si片，总质量2.5 g。
Al涂层与（Al，Si）涂层所用Al丝质量相等。
热蒸发时，基片与蒸发舟之间的距离44 cm，本底真空度10−3 Pa。
蒸镀结束后，将涂层样品取出，放入温度750 ℃，氮气气氛中退火1 h，待样品冷却至室温取出。
1.3涂层表征腐蚀试验前，采用X射线衍射仪（Philips X’pert，Holland）分析涂层物相组成。
将试样热镶嵌制成金相试样，利用场发射扫描电镜（FE-SEM，FEI Sirion-200，USA）对涂层的表面和断面进行显微观察。
利用EDS能谱仪分析表面元素组成、界面形貌和元素分布。
在氩气保护的手套箱中加热LBE至融化后倒入装有样品的钼坩埚中，待LBE冷却后取出钼坩埚放入加热炉中。
对加热炉反复充入高纯氩气清洗并抽真空至0.1 Pa，缓慢加热至550 ℃，保温1 000 h后冷却取出。
使用体积比为1:1:1的H2O2:CH3COOH:C2H5OH混合液清洗样品表面残留的铅铋合金，烘干后进行涂层样品腐蚀后SEM和EDS的测量和分析。