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利用恒电位法、电化学动电位再活化法(EPR)以及电化学阻抗谱(EIS)这3种方法,分别研究了热处理工艺对Hastelloy G3合金的临界点蚀温度(CPT)、晶间腐蚀敏感性及耐蚀性的影响。结果表明,910℃淬火+600℃回火工艺下Hastelloy G3合金CPT最高,抗点蚀性能最好;880℃淬火+560℃回火工艺下G3合金再活化率Ra最小,具有良好的抗晶间腐蚀性能;淬火850℃+回火560℃时,Hastelloy G3合金的EIS容抗弧半圆的尺寸和Rct最大,具有较高的耐蚀性;880℃淬火+600℃回火工艺下,Hastelloy G3合金具有良好的综合耐蚀性,此工艺可以作为G3/P110复合...

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Hastelloy G3合金 点蚀 晶间腐蚀 热处理工艺

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奥氏体不锈钢由于较高的抗腐蚀能力和优良的力学性能,被广泛用作压水反应堆(PWR)堆芯结构材料。然而,实际服役过程中发现奥氏体不锈钢在压水反应堆一回水环境中会发生辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)行为。IASCC是反应堆堆芯结构材料在辐照损伤、机械应力及腐蚀环境的共同作用下发生的失效行为。分别澄清辐照损伤、机械应力及腐蚀环境在IASCC过程中的作用对理解IASCC机制具有重大意义。尽管有很多研究已经对IASCC的机制进行了解释,但是腐蚀在IASCC过程中所起的作用没有引起足够的重视。基于上述原因,本论文采用质子辐照模拟中子辐照,研究了核级316L不锈钢的辐照诱导晶界偏析行为及其对晶间腐蚀行为的影...

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RHAB 辐照截面 辐照诱导偏析 晶间氧化

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钍基熔盐堆首选材料GH3535合金(Ni-16Mo-7Cr-4Fe)具有优异的耐熔盐腐蚀性能。然而,GH3535还存在裂变产物碲致晶间腐蚀问题,实验发现裂变产物碲原子会沿着合金晶界向内扩散,在晶界上形成多种脆性碲化物(如Ni_3Te_2、MoTe_2、CrTe等),导致GH3535发生晶间开裂,产生晶间裂纹。近年来,上海应物所采用模拟计算与先进实验表征技术开展了镍及镍合金在碲气氛下的高温腐蚀产物、腐蚀行为与碲沿晶扩散机理研究,系统研究了合金成分、温度、热处理方法等对碲沿晶扩散行为的影响机理。目前还缺乏熔盐环境下碲对GH3535的腐蚀研究。作者首先开展了GH3535在碲气氛环境下的腐蚀研究,通过...

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FLiNaK GH3535 碲致腐蚀开裂 熔盐腐蚀

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双相不锈钢的应用日益广泛，常被用于石油、化工、 船舶等行业， 但是就目前实 际情况而言， 海洋用双相不锈钢牌号较少，并且随着镍价格的波动，双相不锈钢的发 展方向呈现出开发高性能超级双相不锈钢和节约型双相不锈钢两种趋势。本文针对中 国兵器科学研究院宁波分院设计的三种不同镍、铬当量的耐苛刻海洋腐蚀环境的双相 不锈钢，编号为 1#、 2#、 3#。 固溶处理后，采用 X 射线衍射技术、扫描电镜、能谱仪、 金相显微镜、图像分析技术并结合电化学测试、浸泡实验、化学浸蚀实验评价了三种 新型双相不锈钢的腐蚀性能，且与目前广泛使用的 316L 奥氏体不锈钢做了对比。 研究 了铬当量（Creq）与镍当量（Nieq） 的比值对固溶处理后双相不锈钢腐蚀性能的影响， 以及敏化处理对双相不锈钢微观组织和晶间腐蚀性的影响。 分析结果如下： 铬当量与镍当量决定了奥氏体相与铁素体相的比例，且 Creq/Nieq 越小，奥氏体相 与铁素体相含量比例越接近 1:1。电化学测试结果表明在， 3.5%NaCl 溶液中， Creq/Nieq 越小， 双相不锈钢自腐蚀电位越高，自腐蚀电流密度越小， 阻抗越大， 腐蚀性能越好。 3.5%NaCl 溶液中静态浸泡实验以及 10%HNO3-3%HF 溶液化学浸蚀法结果表明， Creq/Nieq越小，耐均匀腐蚀性能以及耐晶间腐蚀性能越好， 3#双相不锈钢腐蚀性能以及 力学性能最佳。 σ 相对双相不锈钢的腐蚀性能破坏最大。 敏化时间一定时， 3#双相不锈钢 σ 相析出 量先升后降， 800℃时达到最大值； 敏化温度一定时， σ 相析出含量随着敏化时间的延 长而逐渐增加， 并在 10 h 后趋向稳定并保持不变。 双环动电位再活化结果表明， 再活 化率与 σ 相析出含量的变化趋势基本保持一致。 因此， 在对双相不锈钢进行中温热处 理时，应尽量避免 700~850℃温度区间，并缩短中温热处理时间。

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腐蚀性能 晶间腐蚀 敏化处理 双相不锈钢 析出相

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热障涂层(TBCs)目前广泛应用于航空发动机涡轮转子叶片上，主要用以保护涡轮叶片免受高温破坏，同时还能提高涡轮叶片基体材料的抗高温腐蚀氧化性能，使涡轮叶片具有优异的机械、力学综合性能。随着发动机涡轮进气温度不断提高，涡轮叶片的工作环境变得更加恶劣，这也对热障涂层的质量提出了更高的要求。目前提高TBCs质量的主要方法有制备技术与工艺改进、新材料突破、结构设计、表面改性等。激光重熔(LR)技术作为等离子喷涂TBCs的表面改性技术之一，众多研究表明，它能提高TBCs表面光洁度、硬度、耐熔盐腐蚀性能、抗蚀性、耐磨性能等。另外，经过激光重熔的等离子涂层可以获得致密的柱状晶组织和网状分段裂纹，有助于提高涂层的应变容限，可以明显改善TBCs的抗高温热冲击性，涂层的高温热循环寿命可提高2-6倍。然而涡轮叶片处于高温、高压、高腐蚀性的燃气中工作，重熔热障涂层中的分段裂纹为高温燃气中的腐蚀颗粒及氧气进入涂层内部提供通道，导致涂层和基体的抗高温腐蚀、氧化性能降低。另外，在单晶合金为基体的TBCs制备过程中，喷砂过程容易致使界面附近的单晶基体形成应力层，在随后的激光重熔过程中，激光热源可能诱发该应力层出现相变、再结晶等缺陷。 因此，本文在避免单晶基体热损伤的前提下进行激光重熔大气等离子喷涂TBCs (APS-TBCs)的表面分段裂纹的综合调控，使其具有优异的抗高温热冲击、腐蚀、氧化等综合性能。为此，采取高频感应预热-激光重熔的复合工艺研究单晶再结晶的抑制、分段裂纹调控、重熔组织优化等问题；对激光重熔工艺参数进行优化并研究其对分段裂纹、柱状晶结构、相结构的影响规律，研究分段裂纹和柱状晶结构对涂层抗热震性能的影响规律；利用超声振动-激光重熔的复合工艺方法对分段裂纹的形成作进一步综合优化调控，并研究涂层高温腐蚀性能与分段裂纹的关系；对表面分段裂纹进行自愈合修复探索研究，研究裂纹修复对涂层抗高温氧化性的影响，全面提高重熔涂层的抗高温氧化性能。所完成的主要工作如下： 将高频感应预热与激光重熔TBCs同步结合，利用增加预热温度降低激光激光能量阈值、熔池和基体的温差的方法减少熔池向基体的热传导，从而降低激光能量对涂层和基体的热损伤。分别从数值仿真计算和实验两部分研究了预热及其预热温度对单晶基体和TBCs的热影响。结果表明，预热能有效将粘结层/基体(BC/substrate)界面附近的温度降低近100℃-300℃，温度梯度降低2-3倍，减小了变形层发生单晶再结晶的驱动力，同时预热对变形层及单晶晶格组织起到有效的回复作用，避免了激光重熔TBCs时单晶基体的晶格畸变、胞状再结晶等缺陷，降低了重熔层的分段裂纹密度，改善重熔质量，增加了熔池凝固时的固化速率，有利于重熔组织中柱状晶和等轴晶的形成，增加柱状晶的间隙提高涂层的应变容差等作用。 通过优化激光参数并改变扫描速度得到具有不同柱状晶结构、分段裂纹分布、相成分的重熔组织，并采用水淬法进行了相关的高温热震性能测试。通过建立涂层热应力晶间缓释和分段裂纹缓释模型，对涂层的失效形式、机理进行了分析。结果表明，重熔涂层的抗热震性能的提高主要是由于分段裂纹和柱状晶间隙对热应力的缓释机制作用造成的。在热冲击前期，柱状晶间隙对应力的调控起主导作用，主要用以缓释重熔/等离子涂层(LR/APS)界面间的热应力，柱状晶间隙对热应力的调控能力决定重熔层的脱落情况，而在热冲击后期随着相变体积增加、热膨胀致使柱状晶间隙减小收缩，分段裂纹则对热应力的缓释起主导作用，主要用以缓释陶瓷层/粘结层(TBC/BC)界面的热应力，分段裂纹对热应力的缓释能力影响着分段裂纹的传播、偏转，因此它是涂层脱落发生于TBC/BC界面的主要原因。 利用超声振动的随功率变化而变化的声流效应、空化效应、机械效应和热效应对重熔TBCs分段裂纹、重熔组织进行综合调控，构建了在高温腐蚀环境中分段裂纹因重熔层和等离子涂层的变形差异而发生的裂纹自愈合模型，研究了不同涂层在高温熔盐中腐蚀后的表面质量、腐蚀产物、相成分变化、TBC/BC界面和LR/APS界面的裂纹变化情况。实验表明，裂纹的自愈合和裂纹的超声调控对涂层抗高温腐蚀性能的影响显著，其共同作用使TBCs存在不同程度的四种破坏机制：化学腐蚀破坏机制、晶间腐蚀破坏机制、粘结层氧化破坏机制、CTE应力破坏机制。而超声输出功率为0.84KW调控的分段裂纹经自愈合后能够综合降低熔盐侵蚀、高温氧化、晶间腐蚀等对涂层造成的破坏，使得涂层具有优异的综合性能。 研究探索表面分段裂纹的自愈合修复方法，提出利用压力烧结的方法用50wt.%NiAl+50wt.%Nano-Al2O3颗粒对分段裂纹进行密封烧结处理，在反应热和烧结共同作用下使其熔化，压力作用和渗透作用使其扩散填充分段裂纹各处，最终在分段裂纹处形成完全致密连续的纳米氧化铝增强的镍基固溶体膜，密封膜与基体形成冶金结合，结合强度高。探索研究了自愈合密封颗粒在烧结过程中的热动力学、相变过程、自愈合反应持续进行的热力学条件，通过对自愈合粉末体系反应过程的热力学计算分析讨论了自愈合密封膜形成的条件、生成机理。最后对不同愈合密封颗粒修复的重熔涂层进行高温静态氧化实验测试，绘制静态氧化动力曲线并对其进行拟合，对氧化后涂层界面、TGO形貌进行分析。结果表明，自愈合密封的重熔TBCs经100h高温氧化后，TBC/BC能形成一层连续致密的TGO氧化防护层，界面结合良好，氧化指数高达2.5068，与未进行密封处理的重熔TBCs相比抗高温氧化性能提高了一倍之多。

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分段裂纹 高温性能 涡轮叶片 激光重熔 热障涂层

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310S奥氏体不锈钢具有良好的高温蠕变性能，较好的高温力学性能及优异的耐晶间腐蚀性能，适用于在氧化性强和环境恶劣的条件下工作的器械和部件。陕西某化工企业所使用的煤粉热解反应器在运行一年后，回转窑壁上的焊缝出现裂纹，该回转窑是由310S不锈钢板焊接而成。 本文通过对回转窑壁使用材料进行宏观观察、化学成分分析、金相组织观察、断口分析、微区成分分析，并结合实际工作环境对焊缝上的裂纹产生原因进行了研究。在此基础上，进一步对310S不锈钢合金的高温力学性能进行了研究，在500℃、600℃、700℃、800℃四种温度下以0.5mm/min的应变速度做了拉伸试验，在700℃和800℃利用台阶法测出了该材料的高周疲劳的S-N曲线。利用SEM对拉伸断口和疲劳断口进行了形貌观察，利用TEM对断口附近组织进行了观察，在微观上分析温度对该材料性能的影响。 焊缝上裂纹分析结果表明，回转窑上焊缝的裂纹是脆性裂纹，焊缝裂纹附近有粗大的柱状晶和树枝状晶，而裂纹正是沿着这些晶粒开裂。回转窑上母材和焊缝材料都符合国家标准，但是裂纹区域的S、P元素含量偏高，这会增加低熔点物质在晶间的析出，Cr和Fe元素含量却远低于正常区域，这可能是由于Cr和Fe形成脆性相FeCr导致。综合判定该裂纹是由于焊接工艺不当导致的热裂纹，基于此提出在焊接时采用小电流、不预热、不集中加热等工艺改进建议。 高温力学试验结果表明，在准静态拉伸时，310S不锈钢在800℃的加工硬化能力消失，位错密度急剧减少，在晶界附近开始有尺寸300nm左右的再结晶晶粒出现，材料开始软化。在高频循环周期载荷作用下，700℃的疲劳强度远大于800℃的疲劳强度，在800℃时材料的位错运动受到板条状物质的阻碍，发生脆化。在高温下，该材料的疲劳强度和拉伸强度符合奥金格公式，这也意味着通过该公式可以简单估计其它温度下的疲劳强度。

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奥氏体不锈钢 高温高周疲劳 回复 热裂纹 再结晶

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以铅冷快堆为代表的第四代核反应堆的不断开发和探索，使关于液态金属作为反应堆堆芯冷却剂的研究更加深入与广泛。液态铅铋共晶合金（LBE，Lead-Bismuth Eutectic）凭借低熔点、高沸点、高的化学惰性、优良的抗辐照性能等优点成为了以铅冷快堆为核心的ADS（Accelerate-Driven System）的首要冷却剂候选材料。高温下，LBE对反应堆的结构材料有着较严重的腐蚀性，因此，结构材料在LBE中腐蚀机理的研究对ADS的商用进程有重要意义。 本课题组前期研究结果表明，Fe-B合金具有优异的耐锌液腐蚀性能，本实验创新性的对Fe-B合金进行LBE腐蚀实验，与目前主要研究的结构材料T91钢进行对比，系统研究二者的耐腐蚀性差异，腐蚀机理及与铅铋合金相互作用的机制。由于Fe-B合金与T91钢组织较为细密，对铅铋合金渗透路径的观察不够直观，因此，取两种材料均含有的α-Fe相进行针对性研究，对组织为α-Fe的纯铁进行腐蚀实验，分析铅铋合金渗透引起的晶间腐蚀。 本论文的主要研究结果如下： （1）500℃时稳定阶段Fe-B合金的腐蚀速率与T91钢较为接近，均保持在0.23×10-3mm·h-1左右，在腐蚀实验进行到约150h时，Fe-B合金的腐蚀速率略低于T91钢；而在600℃时，腐蚀速率R(T91)=0.29×10-3mm·h-1，而腐蚀速率R(Fe-B)=1.04×10-3mm·h-1相差近3.5倍。温度升高会显著提升Fe-B合金的腐蚀速率，但对T91钢的影响较小。 （2）Fe-B合金在与高温铅铋合金的接触中，首先发生Fe的溶解，铅铋合金沿着α-Fe和Fe2B两相较薄弱的相界发生渗透，导致相界开裂，同时Fe元素与铅铋合金中的Pb、O元素发生氧化腐蚀，生成Pb2Fe10O17、Fe3O4、PbO等氧化物。实验表明， Fe2B抗蚀相的失效机制主要表现为Pb、Bi相界渗透作用下导致的裂纹萌生与扩展，进而发生断裂。LBE的相间渗透与随后沿该路径的快速氧化是Fe-B合金失效的主要机制。在相界发生开裂及氧化的失效区域，Fe2B抗蚀相失去了α-Fe韧性基体的支撑，在应力作用下产生裂纹甚至断裂，从而失效。氧化物腐蚀层在高温与生长应力作用下会发生开裂及剥落，使铅铋合金与基体重新接触发生新一轮的腐蚀。 （3）T91钢中的Fe、Cr元素会在LBE中发生溶解，LBE会沿着较为薄弱的晶界进行渗透，溶解的组分元素与铅铋合金中的O元素反应生成Fe和Cr的氧化物，在靠近界面的基体处形成疏松的内氧化区域，并在基体表面形成双层结构的腐蚀层，内层为FeCr2O4，外层为Fe3O4。在实验后期，氧化物腐蚀层会发生开裂及剥落，内氧化区域会成为铅铋渗透的易发生区域。 （4）纯铁在LBE中腐蚀结果表明，铅、铋原子的渗透主要发生在大角度晶界处，具有高晶界能的大角度晶界强烈促使了大半径原子的Pb、Bi发生晶界非平衡偏聚，诱发晶格畸变，为铅铋合金的渗透提供了通道，加速了晶间腐蚀的发生。因此，有效抑制大角度晶界和相间腐蚀对提高Fe-B合金与T91的腐蚀抗力具有重要作用。

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Fe-B合金 T91钢 腐蚀机理 铅铋共晶合金

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选区激光熔化技术是目前金属增材制造领域的核心技术之一，能够快速制造出结 构复杂、性能优异、致密度高、尺寸精准的金属零件，较传统制造加工技术显著减低加 工难度、时间和成本，但是目前 SLM 制件沉积态力学性能通常无法满足使用需求，需 要通过后处理进行优化。 本文主要研究沉积态 SLM 成形 316L 不锈钢的显微组织特征和热处理工艺对显微 组织和力学性能的影响。结果如下： 沉积态 SLM 成形 316L 不锈钢金相组织主要由与热流方向即沉积方向平行生长的 柱状晶组织组成，晶粒平均尺寸 23 μm，为全奥氏体组织，成形件致密度高，存在气孔、 未熔合缺陷，层与层间和相邻晶粒间没有出现明显的主要合金元素偏析。沉积态 SLM 成形 316L 不锈钢横截面平均硬度 235 HV，纵截面平均硬度 237 HV，完整沉积态试样 表面沿沉积方向的显微硬度随着沉积高度先降低后升高。 经过 1050℃保温 2 小时空冷和 1150℃保温两小时水冷两种固溶热处理，沉积态试 样中的熔池边界和树枝晶消失。1050℃固溶处理后试样仍主要由与热流方向平行生长 的柱状晶组成，拉伸性能存在各向异性；经过 1150℃固溶处理，试样主要由等轴晶组 成，强度和塑性均高于锻件标准要求，试样横向屈服强度 352 MPa，横向抗拉强度 635 MPa，断裂延伸率 54.5%；纵向屈服强度 367 MPa，纵向抗拉强度 633 MPa，断裂延伸 率 56.0%。两种热处理态试样的室温冲击性能均显示出各向异性，经过 1150℃固溶处 理，试样横向平均冲击吸收功升高至 80.8 J，纵向平均冲击吸收功升高至 96.3 J。1150℃ 固溶处理态试样硬度降至 185 HV，满足锻件标准硬度要求。 利用修正的 W-H 法计算 SLM 成形 316L 不锈钢的位错密度，经过两种固溶处理， 成形件中的位错密度降低。1050℃固溶处理态 SLM 成形 316L 不锈钢具有<101>方向 丝织构，经过 1150℃固溶处理，织构现象不再明显。两种热处理态试样的微观组织晶 界分布大量小角度晶界，经过 1150℃固溶处理随着孪晶的出现，试样中低 Σ-CSL 晶界 比例增多。两种热处理态 SLM 成形 316L 不锈钢在晶间腐蚀试验中的腐蚀速率低于锻 件，经过 1150℃固溶处理，试样的腐蚀速率最低，为 0.7122 g/h·m 2 。

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不锈钢 固溶处理 力学性能 显微组织 选区激光熔化

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能源在社会发展过程中占有非常重要的地位，随着我国经济的不断发展，能源消耗量也在不断增加，聚光式太阳能热发电（CSP）因其易于集成以及热能存储系统（TES）的可行性以及高效性使得CSP商业比其他可再生能源更具有吸引力。熔融盐混合物因其导热系数大、热稳定性和化学稳定性好、质量传递速度快等优势经常作为CSP电站中的传热流体（HTF）和热能存储（TES）介质。国内外专家对混合硝酸盐进行仔细分析和深入研究，证明60% NaNO3和40% KNO3组成的复合二元熔融盐非常适合聚光式太阳能高温热发电的使用。对CSP电厂和熔融盐来说，材料的腐蚀行为是不可忽视的问题，高温的熔融盐会使得蓄热装置中的管道、容器、阀门等腐蚀破裂，使得高温蓄热介质泄露，造成太阳能热发电系统停摆，所以研究太阳能高温熔融盐腐蚀是蓄热系统安全持续运行的重要组成部分且具有重大意义。本文以新月沙丘电站为原型，在明确其工作机理的前提下，探究熔融盐高温流动腐蚀机理，进而分析其出现熔融盐泄漏问题的原因。 为探究太阳能热发电站熔融盐高温流动腐蚀机理，本文开展了以下工作：1）调研新月沙丘太阳能热发电站实际运行情况，提出实验设计方案。自主设计和搭建实验装置，以304不锈钢（带焊缝、不带焊缝）、Q275碳钢为基体探究了在特定温度下，不同流速、不同时间等协同作用下不同钢材的腐蚀动力学特性；2）利用SEM、EDX、XRD、XPS和XRF等分析测试技术探索金属材料的微观腐蚀形貌和腐蚀产物形态及元素组成，通过称重法测量其腐蚀速率，揭示了三种不同类型钢材在高温熔融盐中的腐蚀行为规律和腐蚀机理。 研究得出以下结论： 1）对304不锈钢（带焊缝、不带焊缝）、Q275碳钢三种钢材腐蚀前后的数据进行记录分析，在温度为773 K、熔融盐流速为2.5 ms-1、腐蚀500 h后，三种钢材的质量损失值大小分别为：304不锈钢（带焊缝）>Q275碳钢>304不锈钢（不带焊缝），单位面积损失质量分别为：10.929 mg•cm-2、9.143 mg•cm-2和7.071 mg•cm-2；腐蚀速率大小分别为：Q275碳钢 > 304不锈钢（带焊缝） > 304不锈钢（不带焊缝），腐蚀速率分别为8.34×10-4 mg•cm-2•h-1、7.87×10-4 mg•cm-2•h-1、7.62×10-4 mg•cm-2•h-1。 2）304不锈钢（不带焊缝）在腐蚀温度773 K、熔融盐流速为2.5 m•s-1工况下，在腐蚀初期50 h内，金属基体上发生局部腐蚀，主要生成了Fe、O和Cr的化合物，表面上含有少量的Fe3O4和FeCr2O4，而随着腐蚀时间进一步延长（大于500h），腐蚀产物中生成了MgFe2O4紧密的产物膜，对基体起到了很好的保护作用，腐蚀速率降低。 3）在同等工况下，304不锈钢（带焊缝）在腐蚀初期，金属表面上主要生成了Fe、O和Cr的化合物，在反应进行到500 h后，样片表面的Fe3O4、Cr2O3和Fe2O3不断增多，且晶体颗粒变大，与304不锈钢（不带焊缝）类似，腐蚀产物中生成了MgFe2O4。 4）相同工况下的Q275碳钢腐蚀初期金属表面上主要生成了Fe、O的化合物，即Fe3O4和Fe2O3，同时还有少量的MgFe2O4和NaFeO2；在反应进行到500 h后，样片表面的四种氧化物不断增多，致密的腐蚀产物膜覆盖在金属基体表面。 5）对熔融盐的成分进行XPS和XRF测定。发现熔融盐中出现了较多的Fe元素，分析了高温条件下熔融盐分解规律，硝酸根离子在熔融盐中相当于“催化剂”作用。 通过对三种钢材的腐蚀行为及机理的研究，结果表明，在新月沙丘太阳能热发电站高温熔融盐模拟工作环境下，焊缝区域的金属材料晶间腐蚀现象明显，因此，熔融盐罐底部、管道连接处等焊接部位易成为熔融盐腐蚀泄漏的高危区域。

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腐蚀 高温流动 熔融盐 太阳能热发电

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本文的研究方向属于表面工程领域，表面工程是通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体(金属、非金属)表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。硬质涂层作为最重要的分支已经广泛应用于精密加工、模具制造、耐磨减磨、腐蚀防护等诸多领域。随着工业技术的快速发展，服役环境的复杂性和多样性给硬质涂层领域提出了更多新的要求，如：超高温、超硬、超耐磨、超耐腐蚀等。本文针对精密加工、模具制造、腐蚀防护等应用领域对涂层工业提出的要求开发了一系列多层结构硬质涂层，主要工作如下： 在航空发动机高温组件的加工过程中，刀具的服役环境极其苛刻，所选择的涂层需要同时满足高韧性、超高硬度、耐高温、抗氧化等诸多要求。大量研究表明，具有纳米尺寸多层结构的硬质涂层具有极高的力学性能。以此为基础，本文首次应用多弧离子镀方法制备了纳米尺寸多层结构硬质涂层，其调制子层选择具有较高力学性能和耐高温性能的TiAlN和ZrN涂层，具有最优综合性能的样品为具有对称结构（调制比为1:1）的多层涂层。研究发现：所制备的TiAlN/ZrN多层涂层不仅具备了纳米多层结构的超硬效应，也整合了两种调制层的强韧性能，更是将涂层的服役温度提高到850℃以上，比TiAlN、ZrN子层分别提高了50℃、100℃，可使涂层刀具的服役寿命大大提高。 在研究一系列不同N2:CH4流量比的TiAlCN单层结构四元涂层力学性能的基础上，针对工具、模具的耐磨减磨要求，设计了一系列不同调制周期和调制比的TiAlN/ TiAlC0.37N0.63 纳米尺寸多层涂层。其中TiAlC0.37N0.63调制子层的工作气体为Ar(12 sccm)、N2(35sccm)和CH4(35sccm)的混合气体，而且单层结构的TiAlC0.37N0.63涂层具有较高的硬质相含量(Ti-C, 18.2%)、最高的润滑相含量(graphite, 6.8%)、最优的结合强度(~53N)、最低的摩擦系数(COF=0.53)和最高的H3/E2因子比值(0.63)。对于多层涂层，当调制比为1:1时样品获得最高高硬度 (HV0.10=2793, 厚度3.5 μm) 和最低的摩擦系数(COF=0.46)，其综合性能远远高于任一调制子层所对应的单层结构涂层。 作为最重要的金属结构材料之一，304不锈钢已广泛应用于多个领域。然而当其在氯离子含量高于25ppm的环境中服役时则会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。事实上，氯离子广泛分布于体液、海水、土壤等环境中。为了进一步扩展304不锈钢的应用领域，本文首先利用多弧离子镀方法开发了一种具有超高耐腐蚀性能的氧化物（ZrO2）涂层的快速沉积方法，并以此为基础设计了纳微米尺寸的ZrN/ZrO2多层涂层以应对氧化物高脆性的弱点。通过动电位极化等方法对不同结构涂层在盐酸溶液中的耐蚀性能，研究发现：所制备的多层涂层不仅具有优异的膜基结合强度和良好的韧性，并且能够作为304不锈钢的防护涂层抵御包括3.5 wt%NaCl、10 wt% HCl和20 wt% HCl等多种溶液的侵蚀，极大程度的扩展了304不锈钢的应用领域。

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TiAlN ZrN ZrO2 多层涂层 多弧离子镀

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