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Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金的研制及腐蚀特性的研究

2020-12-11阅读(104)

Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金的研制及腐蚀特性的研究

论文摘要

应用泰曼定律,确定出由质量百分因子法设计的Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金的成分组成以及质量百分因子数的取值范围,选用质量百分因子数（APF值）分别为1.5,2.875,3.3,3.8,4.3的五种固溶体Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金作为合金腐蚀特性的研究试样。为考察该系列合金在大气中的腐蚀通用性,另外制备了4种不同含铜量的合金,用于研究合金的氧化腐蚀特性。具体内容如下:1)对4种不同含铜量的合金和APF=2.875的合金,在空气中进行氧化实验和高温实验,分析合金的氧化腐蚀特性及其在空气中的氧化腐蚀通用性;2)对不同APF值的合金,在温度为20℃、浓度为0.002mol/cm3,0.004 mol/cm3,0.006 mol/cm3,0.008 mol/cm3,0.01 mol/cm3,0.012 mol/cm3的盐酸溶液中腐蚀反应的阴极过程进行线性电位扫描,依据极化曲线,确定出五种合金在不同浓度盐酸溶液中腐蚀时的交换电流密度、腐蚀电位、电子交换数、反应级数和速率常数。并分别建立这些动力学参数与盐酸浓度、质量百分因子数（APF参数）的实验联系,据此评价合金对盐酸溶液的耐腐蚀能力,归纳其耐腐蚀能力随盐酸溶液浓度、合金质量百分因子数的变化而变化的关系;3)对不同APF值的合金,在温度为20℃、浓度从0.002mol/cm3到0.012 mol/cm3的硫酸溶液中腐蚀反应的阴极过程进行线性电位扫描。针对合金阴极反应的两种机理（在低浓度时,为氢离子的还原;在高浓度时,为水分子的还原）分别分析阴极过程动力学。依据阴极极化曲线,确定出机理转变浓度和不同反应机理时的动力学参数,建立这些动力学参数与溶液浓度和质量百分因子数的实验联系。据此鉴别合金对硫酸溶液的耐腐蚀能力,归纳其腐蚀能力随硫酸溶液浓度、合金质量百分因子数的变化而变化的关系;4)对不同APF值的合金,在温度为20℃、浓度为0.0025mol/cm3,0.0050 mol/cm3,0.0075 mol/cm3,0.0100 mol/cm3,0.0125 mol/cm3,0.0150mol/cm3的氢氧化钠溶液中腐蚀反应的阴极过程进行线性电位扫描,通过极化曲线,确定出钝化膜形成过程中的隧穿常数、钝化电位、隧穿电流和钝化膜厚度等动力学参数,建立这些参数与氢氧化钠浓度、质量百分因子数的实验联系,据此鉴别合金对氢氧化钠溶液的耐腐蚀能力,归纳耐腐蚀能力与氢氧化钠溶液浓度、质量百分因子数的变化而变化的关系。最后,对系列合金的电化学腐蚀电流密度进行理论上的定量分析。为此用D8-ADVANCE型衍射仪,对五种合金进行X射线衍射试验,确定合金的晶体结构。应用Rietveld方法进行晶体结构精修,获得高精度的晶体结构参数。使用Materials Studio 4.0材料计算软件,计算合金的费米能、电子态密度。应用量子电化学电流密度计算模型,定量分析电化学腐蚀电流,揭示系列Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金的耐腐蚀能力随质量百分因子数成规律性变化的结构原因。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 插图索引
  • 附表索引
  • 第1章 绪论
  • 1.1 腐蚀及耐腐蚀材料的性能要求
  • 1.2 耐蚀材料的种类及性能
  • 1.3 材料腐蚀的研究方法
  • 1.4 材料设计及其理论基础
  • 1.4.1 材料设计概况
  • 1.4.2 材料设计的理论基础
  • 1.4.3 材料设计的途径
  • 1.5 Ni-Cr-Mo-Cu 耐蚀合金的设计
  • 1.5.1 镍基合金的发展现状及通用性镍基合金
  • 1.5.2 Ni-Cr-Mo-Cu 合金的设计方法及制备
  • 1.6 Ni-Cr-Mo-Cu 合金研究进展
  • 1.7 本课题研究的内容
  • 1.8 课题研究中的基础理论
  • 1.9 课题研究的目的、意义及创新
  • 第2章 APF 参数的解析与试样合金的制备
  • 2.1 固溶体合金的结构和腐蚀特性
  • 2.1.1 固溶体合金的结构特点
  • 2.1.2 固溶体合金的腐蚀特性
  • 2.2 APF 参数的解析
  • 2.2.1 合金基本成分组成方面的解析
  • 2.2.2 合金腐蚀特性方面的解析
  • 2.2.3 APF 参数与合金的晶体结构
  • 2.3 APF 参数的取值范围
  • 2.3.1 质量百分因子法的 APF 参数范围
  • 2.3.2 APF 参数的允许范围
  • 2.4 试样合金的制备
  • 2.4.1 原料、组成和制备工艺
  • 2.4.2 试样的铸态和固溶态形貌
  • 第3章 Ni-Cr-Mo-Cu合金氧化腐蚀特性
  • 3.1 金属氧化腐蚀概述
  • 3.2 Cu 对合金抗氧化能力的影响
  • 3.2.1 实验
  • 3.2.2 分析与讨论
  • 3.3 Cr 对合金抗氧化能力的影响
  • 3.3.1 实验
  • 3.3.2 分析与讨论
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 Ni-Cr-Mo-Cu 耐蚀合金电化学腐蚀特性的实验研究
  • 4.1 金属电化学腐蚀概述
  • 4.2 Ni-Cr-Mo-Cu 合金电化学腐蚀
  • 4.3 试样处理、实验设备及实验方法
  • 4.3.1 试样处理
  • 4.3.2 实验设备及方法
  • 4.4 合金/HCl 溶液腐蚀动力学
  • 4.4.1 金属/HCl 溶液腐蚀概述
  • 4.4.2 实验
  • 4.4.3 动力学参数
  • 4.4.4 腐蚀速率
  • 4.4.5 分析与讨论
  • 2S04溶液腐蚀动力学'>4.5 金/H2S04溶液腐蚀动力学
  • 2S04溶液腐蚀概述'>4.5.1 金属/ H2S04溶液腐蚀概述
  • 4.5.2 金属钝化动力学概述
  • 4.5.3 实验
  • 4.5.4 动力学参数
  • 4.5.5 腐蚀速率
  • 4.5.6 分析与讨论
  • 4.6 金/NaOH溶液腐蚀动力学
  • 4.6.1 金属/NaOH 溶液腐蚀概述
  • 4.6.2 实验
  • 4.6.3 动力学参数
  • 4.6.4 分析与讨论
  • 4.7 本章小结
  • 第5章 Ni-Cr-Mo-Cu 耐蚀合金电化学腐蚀特性的理论研究
  • 5.1 量子电化学理论概述
  • 5.1.1 电流密度计算的量子理论
  • 5.1.2 电流密度计算的模型
  • 5.2 合金的晶体结构
  • 5.2.1 Rietveld 方法
  • 5.2.2 材料计算软件 Materials Studio
  • 5.2.3 合金初始结构
  • 5.2.4 Rietveld 精修
  • 5.2.5 合金的晶胞参数
  • 5.2.6 分析与讨论
  • 5.3 合金的电子态密度
  • 5.3.1 密度泛函理论概述
  • 5.3.2 合金的电子态密度
  • 5.4 电流密度的定量分析
  • 5.5 分析与讨论
  • 5.5.1 电子密度-APF 参数的关系
  • 5.5.2 电化学腐蚀特性-APF 参数的关系
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

    • 相关论文文献

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