热浸镀钢材在海水中的氢渗透行为及其对材料力学性能的影响

论文摘要

氢渗透和拉应力的联合作用对海洋环境中的热浸镀钢材的安全构成潜在威胁,本文以当前应用最广泛的三种商业化热浸镀钢材（Galvanized、Galfan和Galvalume）为研究对象,采用边界元方法计算了三种镀层缺陷周围的电场分布;设计了专用子母配套双电解池并测试了氢渗透电流密度曲线,比较了镀层氢渗透抑制性能及存在缺陷时的自渗氢倾向,并结合镀层成分及结构进行了分析;推导了氢渗透过程相关公式,建立了适合于评价镀层材料氢渗透行为的TANG-LI模型并计算了控制氢渗透相关过程的动力学参数;通过SSRT比较、分析了镀层材料充氢与无充氢条件下的应力-应变行为,并配合断口的显微分析,探讨了海水中带缺陷镀层的氢渗透行为对钢材基体力学性能的影响,结果表明:⑴海水中三种镀层钢材缺陷处的阴极电位负于析氢电位,能够发生析氢反应而析出氢原子;⑵Galvanized镀层对氢渗透的抑制能力较弱,Galfan镀层完好时能明显抑制外部氢的进入,两者存在缺陷时都能产生额外的氢;Galvalume镀层具有很强的氢渗透抑制能力,而且当其存在缺陷时无自渗氢行为;镀层铝含量越高,完整镀层的氢渗透抑制能力越强,缺陷镀层自渗氢能力越弱。⑶Galvanized镀层在海水中的氢渗透能降低基体材料的强度并使得其断裂方式由韧性变为准解理,从而加大了材料发生氢脆的倾向;Galfan镀层的氢渗透行为能降低材料的强度但不会改变其韧性断裂方式;Galvalume缺陷镀层则对材料的强度和韧性断裂方式都不能造成影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 热浸镀锌及锌铝合金镀层
• 1.2.1 热浸镀技术
• 1.2.2 Galvanized 镀层
• 1.2.3 Galfan 镀层
• 1.2.4 Galvalume 镀层
• 1.3 氢致开裂
• 1.3.1 氢脆
• 1.3.2 氢致开裂机理
• 1.4 研究意义及主要研究内容
• 第二章 热浸镀钢材海水中腐蚀电场分布的边界元分析
• 2.1 引言
• 2.2 边界元模型
• 2.3 边界条件
• 2.4 GALVANIZED 镀层电场分布
• 2.4.1 镀层缺陷尺寸的影响
• 2.4.2 温度的影响
• 2.4.3 镀层腐蚀阶段的影响
• 2.5 GALFAN镀层电位分布
• 2.5.1 镀层缺陷尺寸的影响
• 2.5.2 温度的影响
• 2.5.3 镀层腐蚀阶段的影响
• 2.6 GALVALUME镀层电位分布
• 2.6.1 镀层缺陷尺寸的影响
• 2.6.2 温度的影响
• 2.6.3 镀层腐蚀阶段的影响
• 2.7 本章小结
• 第三章 热浸镀钢材在海水中的氢渗透行为
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 氢渗透测试方法
• 3.2.3 氢渗透实验方法检验
• 3.3 GALVANIZED 镀层氢渗透行为
• 3.4 GALFAN镀层氢渗透行为
• 3.5 GALVALUME镀层氢渗透行为
• 3.6 镀层氢渗透性能比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 热浸镀钢材在海水中的氢渗透动力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 金属材料氢渗透理论
• 4.2.1 Dissociative Chemisorption Permeation 模型
• 4.2.2 I-P-Z 模型
• 4.2.3 TANG-LI 镀层模型
• 4.3 GALVANIZED 镀层氢渗透动力学分析
• 4.3.1 Galvanized 镀层钢材基体试样
• 4.3.2 Galvanized 完整镀层试样
• 4.3.3 Galvanized 镀层制作缺陷试样
• 4.4 GALFAN镀层氢渗透动力学分析
• 4.5 GALVALUME镀层氢渗透动力学分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 氢渗透行为对热浸镀钢材力学性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 GALVANIZED 镀层氢渗透行为对其力学性能影响
• 5.4 GALFAN镀层氢渗透行为对其力学性能影响
• 5.5 GALVALUME镀层氢渗透行为对其力学性能影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 博士期间发表文章及所获奖励
• 致谢