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不锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究

作　者: 周成候
导　师: 徐江
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 金属硅化物纳米晶冲刷腐蚀极化曲线交流阻抗
分类号: TG178.445
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用双阴极等离子溅射沉积技术分别在预合金化Cr不锈钢表面制备了纳米晶（MoxCr1-x）₅Si₃（x=1.00, 0.82,0.75,0.65,0.56）涂层以及在不锈钢表面制备了（Cr, Fe）3Si/Cr₁₃Fe₅Si₂双相涂层。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜分析方法对涂层的显微形貌、相组成进行了综合分析,结果表明:预合金化Cr不锈钢表面制备的纳米晶（MoxCr1-x）₅Si₃（x=1.00, 0.82,0.75,0.65,0.56）涂层组织均匀、连续、致密,平均晶粒尺寸大约为40nm。涂层明显分为沉积层和Cr合金层两层,外层沉积层的相组成为单相（MoxCr1-x）₅Si₃;（Cr, Fe）3Si/Cr₁₃Fe₅Si₂双相涂层由均匀致密的平均厚度为12μm的沉积层和内层为平均厚度为15μm的扩散层组成。涂层沉积层由（Cr, Fe）3Si相和Cr₁₃Fe₅Si₂相组成。采用电化学测试系统对纳米晶（MoxCr1-x）₅Si₃（x=1.00, 0.82,0.75,0.65,0.56）涂层的在3.5%NaCl溶液中极化曲线及交流阻抗（EIS）进行了测试,在3.5%NaCl溶液中,纳米晶（MoxCr1-x）₅Si₃（x=1.00, 0.82,0.75,0.65,0.56）涂层比316L不锈钢具有更高的点蚀电位和更宽的钝化区间。同时,纳米晶（MoxCr1-x）₅Si₃（x=1.00, 0.82,0.75,0.65,0.56）涂层的自腐蚀电位Ecorr、电荷转移电阻Rct随着涂层中Cr含量的增加而增大,维钝电流密度ip随着涂层中Cr含量的增加而减小。纳米晶（MoxCr1-x）₅Si₃（x=1.00, 0.82,0.75,0.65,0.56）涂层耐腐蚀性能随着涂层中Cr含量的增加而增强。利用电化学测试系统研究了（Cr, Fe）3Si/Cr₁₃Fe₅Si₂双相涂层在静态（3.5%NaCl）及不同线速度（2.51m/s、2.98 m/s和3.45 m/s）料浆流（3.5wt.%NaCl+10wt.%石英砂）条件下的极化曲线,对经过20h浸泡（3.5%NaCl）、20h的单相流（3.5%NaCl）和料浆流（3.5wt.%NaCl+10wt.%石英砂）冲蚀试验后的阻抗谱（EIS）进行了测定,结果表明:静态条件下,（Cr, Fe）3Si/Cr₁₃Fe₅Si₂双相涂层与单一合金层的耐蚀性能相当,但明显优于316L不锈钢。在单相流和料浆流条件下,（Cr, Fe）3Si/Cr₁₃Fe₅Si₂双相涂层拥有比单一合金层和316L不锈钢更加优异的耐腐蚀性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-25
  1.1 不锈钢概述  12-13
    1.1.1 不锈钢的发展历史  12
    1.1.2 不锈钢的分类  12-13
  1.2 不锈钢表面处理技术  13-15
    1.2.1 电镀  13
    1.2.2 化学镀  13-14
    1.2.3 热渗镀  14
    1.2.4 物理气相沉积  14
    1.2.5 化学气相沉积  14-15
    1.2.6 离子注入  15
    1.2.7 激光表面处理  15
  1.3 双阴极等离子溅射沉积技术  15-16
    1.3.1 双阴极等溅射沉积技术原理  15-16
    1.3.2 双阴极等离子溅射沉积技术的应用  16
  1.4 金属硅化物  16-19
    1.4.1 过渡金属硅化物  16-17
    1.4.2 Mo-Si 系金属硅化物及其研究进展  17-18
    1.4.3 Cr-Si 系金属硅化物及其研究进展  18-19
  1.5 纳米涂层的制备及其腐蚀性能  19-21
    1.5.1 纳米材料的特性  19
    1.5.2 纳米晶涂层的制备  19-21
    1.5.3 纳米晶对腐蚀性能的影响  21
  1.6 材料腐蚀磨损概述  21-23
    1.6.1 腐蚀磨损的定义  21-22
    1.6.2 腐蚀磨损的影响因素  22-23
  1.7 课题的提出  23-25
    1.7.1 课题提出的意义  23
    1.7.2 课题的主要研究内容  23-25
第二章试验材料与试验方案  25-30
  2.1 试验材料及预处理  25
  2.2 靶材选用和制备  25
  2.3 试验设备  25-26
  2.4 涂层的制备  26-27
    2.4.1 Mo-Si、Mo-Cr-Si 涂层的制备  26-27
    2.4.2 Cr-Fe-Si 涂层的制备  27
  2.5 分析方法  27-30
    2.5.1 微观组织分析  27
    2.5.2 电化学性能测试  27-28
      2.5.2.1 极化曲线测试  27-28
      2.5.2.2 交流阻抗测试  28
    2.5.3 腐蚀磨损试验机的制备  28-29
    2.5.4 腐蚀磨损试验介质  29-30
第三章纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3涂层组织与耐蚀性能分析  30-50
  3.1 本章提要  30
  3.2 不锈钢表面直接制备Mo-Si 涂层形貌分析  30-31
  3.3 不锈钢表面Cr 合金化组织形貌分析  31-33
    3.3.1 Cr 合金层XRD 分析  32
    3.3.2 Cr 合金层SEM 分析  32-33
  3.4 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层组织分析  33-38
    3.4.1 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层XRD 分析  33-34
    3.4.2 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层SEM 分析  34-36
    3.4.3 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层TEM 分析  36-37
    3.4.4 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层AFM 分析  37-38
  3.5 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层腐蚀性能  38-44
    3.5.1 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层在3.596 NaCl 的极化曲线测试  38-40
    3.5.2 腐蚀表面形貌分析  40-41
    3.5.3 交流阻抗的测量  41-44
  3.6 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层钝化膜成分分析  44-47
  3.7 纳米晶(Mo_xCr_(1-x))_5Si_3 涂层腐蚀机理分析  47-48
  3.8 本章小结  48-50
第四章 (Cr, Fe)35i/C113Fe55i2双相涂层组织与耐冲蚀性能分析  50-62
  4.1 本章提要  50
  4.2 表面合金层组织分析  50-52
    4.2.1 (Cr, Fe)35i/C113Fe55i2 双相涂层XRD 分析  50-51
    4.2.2 (Cr, Fe)35i/C113Fe55i2 双相涂层SEM 分析  51-52
  4.3 不同速度条件下极化曲线测量  52-54
  4.4 交流阻抗测量  54-57
  4.5 冲刷腐蚀交互作用的测量  57-59
  4.6 冲蚀形貌分析及冲蚀机理探讨  59-61
  4.7 本章总结  61-62
第五章结论  62-64
参考文献  64-73
致谢  73-74
在校期间的研究成果及发表的学术论文  74

不锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究

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