铁基非晶合金涂层的深海腐蚀行为研究

摘要

随着陆地资源的枯竭，人们越来越多地关注深海资源的开发。深海复杂严酷的环境对材料的腐蚀性能提出了新的挑战，传统的金属材料以及高分子涂料在深海环境下的耐腐蚀性能会显著降低。因此，亟待开发新型高性能耐蚀涂层。
　　铁基非晶涂层是近年来开发出的一种新型表面防护涂层，具有优异的抗磨损与耐腐蚀性能，是一种潜在的深海环境用防护涂层。然而人们对铁基非晶涂层的腐蚀行为研究主要集中在常压环境下，对高压下的腐蚀行为研究迄今为止尚未见报道。本文采用超音速火焰喷涂方法制备的铁基非晶涂层（成分Fe48Mo14Cr15Y2C15B6），系统研究了其在模拟深海环境下的腐蚀行为。利用X射线衍射分析仪（XRD）、电化学工作站、扫描电镜显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、高分辨透射电镜（HR-TEM）及纳米压痕等实验手段研究了非晶材料的结构、常压与高压下的电化学腐蚀性能、表面钝化膜结构及力学性质。
　　对比研究了静水压力对铁基非晶涂层与316L不锈钢腐蚀行为的影响。动电位极化与点蚀孕育实验结果表明：与常压环境（1atm）相比，316L不锈钢在80atm静水压力下点蚀击破电位降低，点蚀孕育时间缩短，表现为抗点蚀性能恶化。与之相反，铁基非晶涂层在80atm下的点蚀击破电位反而略有提高，点蚀孕育期延长，表明其抗点蚀性能提高。通过XPS与FIB/TEM技术分析钝化膜的成分及微观结构，结果发现316L不锈钢在高压下形成的钝化膜含有更低的Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)比率和Cr(Ⅲ)含量，且厚度更加不均匀；而铁基非晶涂层在高压下形成的钝化膜具有更高的Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)之比，且厚度显著增加（约2.5倍）。通过纳米压痕技术测量不同钝化膜的机械强度，其结果表明：不锈钢在高压下形成的钝化膜比常压下形成的钝化膜具有更低的机械强度，而非晶涂层在高压下形成的钝化膜比常压下形成的钝化膜具有更高的机械强度。因此，铁基非晶涂层在高压环境下抗点蚀性能的提高主要是由钝化膜的增厚与强化引起的。
　　为了进一步澄清非晶结构对非晶态合金材料深海腐蚀行为的影响机制。分别研究了不同非晶合金体系的深海腐蚀行为，以及晶化对非晶合金深海腐蚀行为的影响。研究发现：（1）不同Fe基非晶合金（成分Fe48Mo14Cr15Y2C15B6、Fe43.7Co7.3Cr14.7Mo12.6C15.5B4.3Y1.9）以及Pd基非晶合金（成分Pd32Ni48P20）在80atm高压环境下的点蚀电位均高于1atm常压环境。（2）对于完全晶化后的铁基非晶合金，其电化学测试结果表明：无论对于铁基非晶材料还是晶化后的材料，它们在80atm条件下电化学阻抗都会下降，钝化膜的离子导电性增强，金属元素的溶解加速。但是在80atm条件下，非晶合金的抗点蚀性能提高，晶化后样品的抗点蚀性能却降低，这种由相同因素导致的相反结果说明材料的抗点蚀性能跟材料的结构有很大的关系。非晶合金在结构与成分方面的均匀性对于提升材料在高压环境中的耐点蚀性能具有重要作用。

目录

声明

1绪论

1.1 引言

1.2 深海环境腐蚀

1.3 非晶合金

1.4 热喷涂技术

1.5 铁基非晶涂层的腐蚀行为研究

1.6 研究背景、意义和内容

2实验材料、设备与实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验方法

3静水压力对铁基非晶涂层腐蚀行为的影响

3.1 引言

3.2 静水压力对316L不锈钢腐蚀行为的影响

3.3 静水压力对316L不锈钢钝化膜的影响

3.4 静水压力对铁基非晶涂层腐蚀行为的影响

3.5 静水压力对铁基非晶涂层钝化膜的影响

3.6 静水压力对铁基非晶涂层腐蚀行为影响的机理分析

3.7 本章小结

4晶化对非晶合金深海腐蚀行为的影响

4.1 引言

4.2 非晶合金的晶化处理与结构表征

4.3 晶化对于非晶合金在高压环境下的腐蚀行为影响

4.4 晶化对于非晶合金在高压环境下的腐蚀行为影响的机理分析

4.5 本章小结

5全文总结

5.1 全文总结

5.2 本论文的创新之处

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文