钢基表面热镀耐蚀合金若干关键问题的理论研究及应用开发技术

论文摘要

金属（主要指钢铁）腐蚀是指金属与周围环境中的介质发生化学或电化学反应，使金属遭到破坏的现象。 金属腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济总产值的1～4％。金属腐蚀不仅造成经济上的损失，而且造成自然资源和能源的浪费，有时还会危及人身安全!随着工业的不断发展，大气环境也在不断恶化，特别是沿海地区和重工业污染区，金属腐蚀现象越发严重。 因此，近百年来，金属防腐是世界各国科技工作者竞相开展的重大研究课题。 钢铁防腐的方法繁多，其中钢基表面热镀耐蚀金属涂层是防止钢铁腐蚀的最重要的方法之一。1836年，法国化学家Sorel首先在钢铁制品上热镀纯锌，1837年英国Grawford．H．W．取得首个溶剂法热镀纯锌专利，从而形成了钢基表面热镀耐蚀金属镀层抗大气腐蚀的第一代产品。一百多年来，Grawford方法一直被采用。 但是，随着大气环境的不断恶化，钢基表面热镀纯锌镀层产品越来越难以适应实际需要，如电力输电系统的设计寿命一般为三十年，而输电导线—热镀锌钢芯铝绞线的热镀锌钢芯一般使用年限仅为二十年，严重腐蚀地区最多只能使用八年!因此，迫切需要寻找更加耐蚀的金属镀层来代替传统的钢基表面热镀纯锌镀层。 1939年，美国Armco Steel公司在深入研究纯铝镀层的耐蚀性能和耐蚀机理的基础上，开发了热镀纯铝镀层技术。1963年，美国伯利恒钢铁公司开始研究不同成份Al—Zn合金镀层的耐蚀性，最终筛选出具有最佳综合耐蚀性能的合金镀层：55％Al—43.4％Zn—1.6％Si（wt），并于1972年开始大批量投入生产，商品名为Galvalume。上世纪八十年代初，比利时国立冶金中心和国际铅锌研究组织研究开发了5％Al—Zn—RE合金镀层，并于八十年代投入生产，商品名称为Galfan。 金属锌具有一定的抗大气腐蚀能力，在各种大气环境条件下，其腐蚀行为属于阴极保护类的“均匀腐蚀”，具有较大的“电偶保护半径”，当镀层损伤或钢基表面产生的“漏镀”半径小于“电偶保护半径”时，钢基体仍能得到保护。金属铝在大气环境下的抗腐蚀能力明显强于金属锌，利用表面连续致密的Al2O3对钢基体进行保护，同时其腐蚀产物多为非晶态物质，也具有较好的保护作用，但铝镀层

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 研究背景及本论文要解决的关键问题
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 钢基表面热镀耐蚀金属镀层的由来
• 1.1.2 钢基表面热镀耐蚀金属镀层的研究综述
• 1.2 已有的研究基础及本论文要解决的关键问题
• 1.2.1 已有的研究基础
• 1.2.2 本论文要解决的关键问题
• 1.2.2.1 热镀工艺方法的比较及待解决的关键问题
• 1.2.2.2 耐蚀合金镀层成份研究及待解决的关键问题
• 1.2.2.3 工业化生产应用技术及待解决的关键问题
• 小结
• 第二章 几个关键问题的理论研究
• 2.1 耐蚀合金非晶化机理及耐蚀合金结构和组成配比的理论研究
• 2.1.1 钢基表面热镀5％Al—Zn—RE合金镀层的微观结构及非晶合金形成机理
• 2.1.2 钢基表面热镀耐蚀合金镀层组成成份筛选的理论方案
• 2.1.2.1 分子动力学模拟的理论基础
• 2.1.2.2 金属及合金凝固过程的分子动力学模拟
• 2.1.2.3 金属及合金凝固过程的分子动力学结构分析方法
• 3Cu、Al₃Ni、Ni₃Al凝固过程分子动力学模拟结果及讨论'>2.1.2.4 Cu、Au₃Cu、Al₃Ni、Ni₃Al凝固过程分子动力学模拟结果及讨论
• 2.2 钢基表面热镀耐蚀金属镀层助镀剂的理论研究
• 2.2.1 β-CD-COOH的合成
• 2.2.2 电解电流作用机理
• 2.2.3 活化助镀机理
• 2.3 钢基表面热镀耐蚀合金镀层提抽过程的数学模拟及影响因素的理论分析
• 2.3.1 钢基表面热镀耐蚀金属镀层抽提过程的数学模拟
• 2.3.2 提抽过程中各种影响因素工艺参数的理论分析
• 2.4 钢基表面热镀55％Al—43.4％Zn—1.6％Si合金镀层时上浮熔渣的结构和形成机理的理论研究
• 3Fe熔体结构的实验测定及理论分析'>2.4.1 Al₃Fe熔体结构的实验测定及理论分析
• 2.4.2 熔渣形成机理的Percus—Yevick硬球模拟
• 小结
• 第三章 钢基表面热镀耐蚀合金镀层的工业开发及应用问题的研究
• 3.1 钢基表面热镀耐蚀合金耐蚀性能的实验研究
• 3.1.1 55％Al—43.4％Zn—1.6％Si合金镀层的耐蚀性
• 3.1.2 55％Al—43.4％Zn—1.6％Si合金镀层腐蚀产物的形貌和成份及其对镀层耐蚀性能的影响
• 3.2 接触电偶腐蚀问题
• 3.2.1 电偶腐蚀的实验装置及零电阻电流测量技术
• 3.2.2 接触电偶腐蚀实验结果与讨论
• 小结
• 结语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文和获得的奖励
• 学位论文评阅及答辩情况表