Ni系低温钢的高温氧化行为研究

为研究Ni系低温钢的高温氧化行为,利用Setsys Evolution型高温同步热分析仪对Fe-3.5Ni和Fe-9Ni钢在700~1200℃的氧化行为进行了研究,采用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段表征了氧化物微观形貌和物相组成.结果表明:700~1200℃条件下氧化2h后,Fe-3.5Ni钢和Fe-9Ni钢的氧化增重曲线规律相似,相同氧化温度条件下,单位面积Fe-9Ni钢的增重量低于Fe-3.5Ni钢.随氧化温度的升高,试样表面依次出现团絮状、晶须状和不规则多边形状Fe₂O₃.氧化分为内氧化和外氧化,内、外氧化层厚度随氧化温度的提高逐渐增加,且900℃是两种钢外氧化层厚度发生突变的临界温度.内氧化层由FeNi₃和混合物(FeO+Fe₃O₄)组成,外氧化层由Fe₂O₃,Fe₃O₄和FeO组成,且外氧化层内包裹着尖晶石相NiFe₂O₄;随着Ni含量增加,NiFe₂O₄增多并形成连续的薄带.     

碳元素及加热温度对SCM435钢氧化行为的影响

随着汽车工业的高速发展,高强度螺栓钢作为汽车连接件的母材,需求量与日俱增。热轧过程中产生的氧化铁皮是影响高强度螺栓钢产品质量的重要因素。本文以SCM435钢为研究对象,利用扫描电镜、XRD和拉伸实验等检测手段,重点研究碳含量和开轧温度对SCM435钢表面氧化行为的影响规律。研究结果表明,含碳量较低时氧化铁皮分布均匀,主要由Fe₂O₃组成;含碳量较高时氧化铁皮主要由Fe₃O₄组成,分布不均匀,甚至会出现断带和裂纹。含碳量较高的螺栓钢更易产生较薄的氧化铁皮,加热过程中,氧化铁皮厚度随着加热温度的升高而降低;对于含碳质量分数0.1%的螺栓钢,存在临界温度,使氧化铁皮的厚度随着温度的升高先增加后减小。     

硬线产品吐丝温度及冷却工艺对氧化铁皮结构的影响

以硬线产品为研究对象,分析不同吐丝温度及冷却速率对硬线表面氧化铁皮结构的影响。研究结果表明：线材经过吐丝及冷却过程后得到的氧化铁皮组织主要以Fe₃O₄,FeO和先共析Fe₃O₄为主,Cr质量分数不同导致界面位置会有Fe₃O₄接缝层或Cr富集层生成;吐丝温度能够直接影响Fe₃O₄的体积分数,冷却工艺则会影响到FeO中形成的先共析Fe₃O₄的体积与形核率。同时,若基体含有较高质量分数的Cr元素,则在氧化过程中界面位置处会形成Cr的富集层,可以起到与Fe₃O₄接缝层相同的阻碍离子扩散的作用,加速先共析反应的发生。     

ODS-310合金的高温氧化行为

采用静态氧化增重实验及扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析等手段,研究了ODS-310合金在高温环境下的氧化行为,分析了氧化层的形貌、成分和物相,并对其高温氧化动力学曲线进行拟合.实验发现各个温度下的氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律.在700℃和900℃氧化100 h以后,ODS-310合金均表现出优异的抗氧化性能.但是,当氧化温度为1100℃时,氧化层厚度明显增厚,而且氧化层有疏松和不连续的现象,不利于氧化层对基体的保护.氧化程度随着氧化温度的提高和氧化时间的延长而加剧.通过能谱和X射线衍射综合分析可知氧化层的物相为Cr₂O₃.     

氧化铁皮对低碳钢大气腐蚀行为的影响

利用干湿交替腐蚀试验模拟工业大气环境,研究了层状结构氧化铁皮对热轧低碳钢工业大气腐蚀行为的影响.采用SEM和电化学手段对比分析带氧化铁皮和不带氧化铁皮试样的腐蚀增重行为、锈层结构和电化学行为.结果表明,带氧化铁皮试样的腐蚀速度远低于无氧化铁皮覆盖的基体钢,带氧化铁皮试样的自腐蚀电位低于基体钢,单一物相层状结构的氧化铁皮具有很好的耐腐蚀性,能够有效保护基体钢板;氧化铁皮的完整性是保护带钢基体不被腐蚀的前提,如果氧化层被破坏,在破损位置处,氧化铁皮与钢基体接触发生电偶腐蚀,加速腐蚀反应的进行.     

热处理对硝酸熔盐中347H不锈钢腐蚀行为的影响

利用静态熔盐浸泡实验,研究了不同晶粒度的347H不锈钢在565 ℃混合硝酸熔盐(60%NaNO₃+40%KNO₃)中长达120 h的腐蚀行为.通过增重法绘制腐蚀动力学曲线,并研究347H不锈钢的表面腐蚀产物、物相、腐蚀表面微区成分,解释347H不锈钢在硝酸熔盐中的腐蚀机理.结果表明:经过固溶处理调控晶粒度的347H不锈钢在熔盐腐蚀中腐蚀速率有所降低,腐蚀动力学曲线变为线性增长趋势.通过XRD检测得到,347H不锈钢在硝酸熔盐中的腐蚀产物主要是Fe₂O₃和少量的Fe₃O₄及NaFeO₂.Fe₃O₄,结构致密,能有效减小硝酸熔盐对钢基体的腐蚀,导致347H不锈钢在腐蚀后期质量损失有所降低.腐蚀产物形貌和横截面厚度分析结果表明,经过1 160 ℃固溶处理1 h后不锈钢晶粒度达到7级时,腐蚀层厚度达到最低为0.661 μm,此时347H不锈钢在硝酸熔盐中的耐腐蚀性达到最好.     

含砷/铜砷 C-- Mn 钢的高温氧化行为

利用热重分析仪、扫描电镜和电子探针研究了含 As 或者 Cu + As 的 C- Mn 钢的高温氧化特性.1050℃氧化初期约500 s 内,As 钢和 Cu- As 钢为线性氧化阶段,随后转为抛物线氧化,两种钢的抛物线氧化速率均高于 C- Mn 钢.因氧化层分离,1150℃氧化增重小于1050℃氧化增重.钢中 Cu 和 As 的存在促进了固相 Fe2 SiO4层的生长.由于 As 在氧化层/基体界面的富集,1050℃氧化时,As 钢中存在明显的条带状内部氧化粒子层；C- Mn 钢中加入 Cu 和 As 后,其氧化层/基体界面变得崎岖不平,内部氧化粒子的数量随着氧化时间及氧化温度的增加而增加.1050℃氧化时氧化层/基体界面处 Cu 和 As 的富集程度高于1150℃氧化.     

粘接层预氧化对热障涂层TGO生长与抗高温氧化性能的影响

利用预氧化技术在热障涂层(TBC)的陶瓷层/粘接层界面形成致密Al₂O₃层,经过1 100 ℃高温氧化试验,研究了该Al₂O₃层通过抑制氧气扩散,降低热生长氧化物(TGO)生长速率的作用机理,阐明了粘接层预氧化对整体热障涂层氧化行为的影响规律.结果表明:喷涂态(A-TBC)与预氧化(P-TBC)试样的TGO厚度及氧化增重均随氧化时间的延长而增长.但是,P-TBC显著减少了整个过程氧的扩散,有效抑制了氧化初期TGO的急速生长,使得P-TBC能够长期保持有益的TGO结构、降低抛物线氧化速率,并最终提高热障涂层抗高温氧化性能.     

超临界CO2材料腐蚀过程动力学与产物热力学研究

针对超临界CO₂动力循环高温承压部件与工质相容性问题，研究了T92耐热钢在600和700℃超临界CO₂环境下的腐蚀过程动力学及其热力学产物。采用分子动力学计算了CO₂在FeCr合金表面的吸附过程，模拟了T92耐热钢在初始氧化阶段原子的迁移和分布规律，并基于腐蚀热力学原理，分析了氧化层和碳化物的分布规律，最后通过高温腐蚀实验进行了验证。研究结果表明：700℃时，T92耐热钢氧化层厚度约为600℃时的13.5倍，氧化层结构为外侧Fe₃O₄层、内侧FeCr₂O₄层，氧化层内部主要为C₂₃C₆型碳化物；CO₂优先吸附于Cr原子(111)表面，当Cr与CO₂发生反应后，部分形成游离态的C沉积于氧化层表面，并以离子的形式向内扩散；腐蚀过程主要由离子扩散控制，扩散速率随着温度的升高而增大。该研究为超临界CO₂材料抗腐蚀性能评估提供了一种复合...     

700MPa级高强钢氧化铁皮高温热变形行为

在实验室条件下研究不同轧制温度、变形量对700 MPa级高强钢表面氧化铁皮高温变形行为的影响规律,利用扫描电子显微镜(SEM)、场发射电子探针(EPMA)和电子背散射衍射仪(EBSD)观察不同变形条件下变形前后氧化铁皮的形貌、厚度和微观结构的变化规律。研究结果表明:高温条件下氧化铁皮具有一定的热塑性,在不同变形温度和变形量条件下,氧化铁皮呈现出不同的变形特性。氧化铁皮塑性变形主要集中于FeO层,由于FeO晶体具有大量金属阳离子空位和电子空穴,可以存储和释放更多的塑性变形能,从而有利于氧化铁皮与基体一起进行塑性变形。此外,在一定加热温度条件下,沿着氧化铁皮厚度方向温度逐渐下降,热轧时氧化铁皮内外层变形特征不同。     

红格钒钛磁铁矿氧化物相转变及非等温氧化动力学

在对红格钒钛磁铁矿基础特性研究基础上,探讨了其球团氧化过程物相的存在形式和转变过程,并通过热分析法研究了红格矿非等温氧化动力学.结果表明:红格钒钛磁铁矿属于高铬型钒钛磁铁矿,Cr_2O_3的质量分数为1.48%,连晶强度为625 N;主要物相组成为磁铁矿、钛磁铁矿、钒磁铁矿、铬铁矿;温度低于300℃时其氧化速率缓慢;球团氧化过程有价组元物相迁移变化历程为:Fe_3O_4→Fe_2O_3;Fe_2VO_4→(Cr_(0.15)V_(0.85))_2O_3;Fe_(2.75)Ti_(0.25)O_4→FeTiO_3→Fe_9TiO_(15);FeCr_2O_4→(Fe_(0.6)Cr_(0.4))_2O_4,Fe_(0.7)Cr_(1.3)O_3,(Cr_(0.15)V_(0.85))_2O_3.红格矿非等温氧化动力学研究表明:当升温速率为10℃/min时,温度在220~380℃,380~500℃和500~800℃时,反应活化能分别为47.02,14.95和30.36 kJ·mol~(-1).     

Cr含量对高锰奥氏体TWIP钢高温氧化行为的影响

通过恒温氧化增重实验和扫描电镜观察及XRD分析,研究了Cr含量对高锰奥氏体孪晶诱发塑性(TWIP)钢在700℃氧化8 h的高温氧化动力学过程及氧化产物的影响.结果表明:随着Cr含量的提高,高锰奥氏体TWIP钢的抗氧化能力增强;当Cr的质量分数为1.13%时,经过在700℃下8 h的高温氧化,样品单位面积的氧化增重为30μg/mm2;而当Cr的质量分数增加到3.95%时,单位面积的氧化增重降低至3μg/mm2.随着Cr含量的增加,高锰奥氏体TWIP钢氧化层的致密度提高,氧化产物的构成也具有明显的差异.     

海洋软管铠装层用钢的海水腐蚀行为

通过浸泡实验研究了铠装层用钢在模拟海水环境下的腐蚀行为.实验结果表明,实验钢的微观组织由回火马氏体组成,同时在基体中观察到含铬的析出粒子;腐蚀速率随着腐蚀时间延长逐渐降低,最终实验腐蚀速率为0.068 9 mm·a~(-1).腐蚀行为分为三个阶段:快速下降阶段、平稳过渡阶段和缓慢下降阶段,试样表面的腐蚀产物主要为α-FeOOH,γ-FeOOH,Fe_3O_4,Fe_2O_3;随着腐蚀时间的增加,腐蚀产物结构更加密实且厚度更大,铬元素倾向于在腐蚀产物中聚集.     

Fe3O4磁性纳米颗粒的RAFT试剂化研究

通过反相微乳液法制备四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄ NPs),并用硅烷偶联剂KH570对其改性,以期在Fe₃O₄ NPs表面引入C==C双键,再利用引入的C==C双键与三硫代十二烷酸-2-氰基异丙酯(RAFT试剂)进行反应,得到RAFT试剂化的Fe₃O₄ NPs(Fe₃O₄-g-KH570-RAFT NPs),并对不同阶段的Fe₃O₄ NPs产物的结构与形貌等进行表征.研究中以RAFT试剂接枝率(Gr_RAFT)为指标,考察了反应时间等工艺条件对Gr_RAFT的影响.结果表明:制备的Fe₃O₄-g-KH570-RAFT NPs的平均粒径为10.4 nm,当反应时间为14 h,反应温度为65 ℃,n_KH570/n_RAFT为1/2时,接枝率Gr_RAFT最高达到79.34%.     

阶梯热还原法制备Fe3O4/rGO复合膜

先用溶液共混法获得Fe₃O₄纳米颗粒与氧化石墨烯（GO）混合溶液, 再通过阶梯热还原过程（从室温逐渐升至160 ℃）制备Fe₃O₄和还原氧化石墨烯（rGO）复合膜, 并用X射线衍射仪、 Fourier变换红外光谱和扫描电子显微镜表征不同Fe₃O₄质量分数的Fe₃O₄/rGO复合膜的结构和形貌, 用矢量网络分析仪测试复合膜的电磁参数. 实验结果表明, 当Fe₃O₄质量分数为40％时, 复合膜的吸波效能为17.30 dB, 频率为10.72 GHz, 厚度为2 mm, 低于-10 dB[KG*8]的有效吸收带宽为3.28 GHz.     

阶梯热还原法制备Fe3O4/rGO复合膜

先用溶液共混法获得Fe₃O₄纳米颗粒与氧化石墨烯（GO）混合溶液, 再通过阶梯热还原过程（从室温逐渐升至160 ℃）制备Fe₃O₄和还原氧化石墨烯（rGO）复合膜， 并用X射线衍射仪、 Fourier变换红外光谱和扫描电子显微镜表征不同Fe₃O₄质量分数的Fe₃O₄/rGO复合膜的结构和形貌, 用矢量网络分析仪测试复合膜的电磁参数. 实验结果表明, 当Fe₃O₄质量分数为40％时, 复合膜的吸波效能为17.30 dB, 频率为10.72 GHz, 厚度为2 mm, 低于-10 dB[KG*8]的有效吸收带宽为3.28 GHz.     

700MPa级高强钢水蒸气条件下的高温氧化行为

采用高温同步热分析仪(TGA) 对高强钢的高温氧化行为进行了系统研究，分析了不同相对湿度条件下氧化质量变化规律，并采用场发射电子探针(EPMA) 表征氧化铁皮厚度、截面形貌及元素分布，同时采用X射线衍射(XRD) 分析氧化层的物相组成.实验结果表明，在1000℃的不同相对湿度条件下，氧化质量变化曲线由线性规律转变为抛物线规律时，曲线出现明显的拐点，拐点处对应的氧化层质量随相对湿度的升高而增加；潮湿气氛促进氧化铁皮内部产生大量的孔洞和微裂纹等缺陷，这些缺陷成为离子扩散通道从而加快氧化反应；水蒸气能促进Si和Mn元素扩散，导致元素富集层扩大.