1 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室, 南宁 530004
2 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室,南宁 530004
3 广西大学资源环境与材料学院, 南宁 530004
为了揭示Cl?傆b、SO42?傆b作用下混凝土中钢筋腐蚀机理的差异, 并为氯盐和硫酸盐侵蚀下混凝土的抗腐蚀调控提供理论基础, 研究了Cl?傆b、SO42?傆b侵蚀下混凝土孔溶液中钢筋的电化学行为差异, 并利用基于第一性原理的密度泛函理论研究了腐蚀性物质(Cl?傆b、SO42?傆b)和致钝物质(CaOH+、OH?傆b)在Fe(100)表面的竞争吸附。结果表明: 相较于含Cl?傆b的混凝土孔溶液, 钢筋在含SO42?傆b的混凝土孔溶液中的腐蚀电位和极化电阻均更低, 更易发生腐蚀; SO42?傆b对OH?傆b与铁表面反应的抑制作用略强于Cl?傆b; SO42?傆b既可促使CaOH+中Ca-OH键伸长, 又可阻碍CaOH+中OH基团与表面Fe原子间的作用, 其对CaOH+与铁表面反应的抑制作用明显强于Cl?傆b。
氯离子 硫酸根离子 混凝土 钢筋 腐蚀机理 第一性原理 chloride ion sulphate ion concrete steel reinforcement corrosion mechanism first-principle
随着国家对污水系统规划的重视, 混凝土在污水管道中得到了广泛应用。混凝土在污水管道服役期间会受到物理、化学以及生物的协同作用而劣化。在诸多侵蚀介质中, 硫酸对混凝土的性能影响最为突出。为了进一步加深对此研究领域的理解, 本文主要从污水管道中的硫酸来源、混凝土的硫酸腐蚀机理、影响硫酸腐蚀的因素及抗硫酸腐蚀对策等研究进展进行介绍, 寻找有效的污水管道混凝土防腐对策。
污水管道 硫酸 腐蚀机理 防腐对策 耐久性 sewage conduit sulfuric acid corrosion mechanism anti corrosion measure durability
1 浙江工业大学 化工机械设计研究所，杭州 310023
2 过程装备及其再制造教育部工程研究中心，杭州 310023
3 广船国际有限公司，广州 510000
液态铅铋合金（LBE）是铅冷快中子反应堆（LFR）和加速器驱动次临界系统(ADS)的主要冷却剂材料。反应堆用结构材料（如铁素体/马氏体钢、奥氏体不锈钢等）在液态LBE环境下存在液态金属腐蚀（LMC）和应力腐蚀的问题，这些问题给钢结构材料的安全服役带来隐患。阐述了钢材铅铋腐蚀类型及机理，归纳了材料设计与处理(元素成分、热处理、加工制造和表面处理)和腐蚀条件（氧质量分数、腐蚀温度和腐蚀时间）对钢材铅铋腐蚀行为的影响机制；澄清了LBE环境下的应力腐蚀与金属脆化机制，总结了内外因素（材料种类、表面缺陷、热处理、氧质量分数、腐蚀温度和拉伸速率）对钢材拉伸性能的影响,并展望了未来铅铋反应堆结构材料的研究方向。建议面向未来的铅铋堆用钢应优化材料设计和处理方式（提高Si、Al等元素的含量、表面镀膜和热处理）同时控制LBE中环境参数（温度、氧质量分数和腐蚀时间）以提高钢材的耐铅铋腐蚀性能。
钢 液态铅铋合金 相容性 腐蚀机理 应力腐蚀 steel liquid lead-bismuth eutectic alloy compatibility corrosion mechanism stress corrosion 强激光与粒子束
2023, 35(5): 056001
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
LTCC材料在电镀和化学镀工艺中对酸/碱镀液的耐蚀性是低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)材料在实际应用中需要关注的重要特性。本工作研究了HCl、H2SO4和NaOH溶液(0.01~2.00 mol/L)和浸泡时间(10~300 min)对Ca-B-Si体系LTCC材料腐蚀行为的影响规律。结果表明，LTCC材料在不同的酸溶液中浸泡相同时间, 样品的腐蚀失重量会随着酸溶液浓度增大呈现出先增大后减小的趋势, 而在碱溶液中并未观察到明显的腐蚀现象。当盐酸溶液浓度为1.00 mol/L时, LTCC材料的失重最大为54.96%。当硫酸溶液浓度为0.10 mol/L时, LTCC材料的失重最大为8.80%LTCC材料中的CaB2O4和CaSiO3晶相会与酸溶液发生溶解反应进而造成腐蚀, 并且随着酸溶液浓度增大, 反应后样品表面富Si蚀变层的形成速度更快, 进而使LTCC材料在较高浓度酸溶液中的浸泡失重量减小。LTCC材料在1 mol/L 盐酸溶液和0.1 mol/L硫酸溶液中溶解反应的表观活化能分别为20.38、5.43 kJ/mol, 故盐酸溶液对LTCC材料的腐蚀速率大于硫酸溶液。结合化学腐蚀反应动力学和热力学分析, 揭示了LTCC材料在酸溶液中以离子交换和水解反应占主导的腐蚀机理。
低温共烧陶瓷 硼硅酸盐玻璃 浸泡 腐蚀机理 low temperature co-fired ceramics borosilicate glass soak corrosion mechanism
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.南京工业大学 材料科学与工程学院, 南京 211816
3 3.中国航空制造技术研究院, 北京 100024
稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件, 但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象, 采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd2SiO5、X2-RE2SiO5(RE=Y, Er)涂层, 并研究其在富Al2O3的CMAS熔盐环境(1400 ℃)的腐蚀行为与机制。结果表明, X2-RE2SiO5(RE=Y, Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd2SiO5涂层, 这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后, X1-Gd2SiO5涂层表面仅生成磷灰石相; X2-RE2SiO5涂层不仅生成磷灰石相, 涂层中的RE2O3还与CMAS中的Al2O3反应生成石榴石相。生成石榴石相可提高涂层表面CMAS中CaO、SiO2的相对含量, 促进磷灰石致密层的生成, 从而改善其耐蚀性能。
环境障涂层 稀土硅酸盐 CMAS腐蚀 腐蚀机理 environmental barrier coating rare-earth silicate CMAS corrosion corrosion mechanism
1 中原工学院机电学院，河南 郑州 450007
2 西安特种设备检验检测院，陕西 西安710065
为提升液压立柱27SiMn钢在矿井下的耐腐蚀性能，利用半导体光纤耦合激光器在27SiMn钢基材上进行铁基合金粉末多道搭接熔覆，对制得的铁基合金熔覆层横截面宏观形貌、显微组织、耐腐蚀等级和腐蚀机理进行研究分析。结果表明，在以稀释率为主要考虑指标，2 000 W的激光功率、15 g/min的送粉速率、6 mm/s的扫描速度和50%搭接率的工艺参数下，可以制得最佳稀释率和宏观形貌良好的熔覆层。熔覆层中上部生长的树枝晶具有明显的方向性，熔覆层的耐腐蚀等级相较于基材提升了2级，重度腐蚀区为晶间腐蚀，耐腐蚀性能相较于基材显著提升。研究对液压立柱修复强化工程实践具有重要指导意义。
液压立柱 激光熔覆 显微组织 腐蚀机理 hydraulic pillar laser cladding microscopic structure mechanism of erosion
1 天津城建大学材料科学与工程学院，天津 300384
2 天津城建大学天津市建筑绿色功能材料重点实验室，天津300384
3 河北工业大学土木与交通工程学院，天津 300401
随着国家蓝色海洋战略的推进，混凝土在各项海洋工程设施(跨海大桥、海底隧道、海港码头等)中得到了广泛应用。混凝土在服役期间会受到物理、化学以及生物作用的协同破坏，最终导致其劣化，其中物理和化学作用导致混凝土劣化的机理已研究的比较详尽，然而在海洋环境中生物作用所引发的混凝土劣化，尤其是宏观生物(植物型和动物型)对混凝土的劣化作用鲜有研究人员探讨。因此，对海工混凝土宏观生物的腐蚀机理、影响宏观生物附着行为的因素以及防护措施等方面进行综述。以期得到国内外专家学者的关注，寻求一种更加合理、高效、经济且环保的海工混凝土腐蚀治理措施。
海工混凝土 宏观生物 生物腐蚀 混凝土劣化 腐蚀机理 marine concrete macroscopic organisms biocorrosion concrete deterioration corrosion mechanisms
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
随着燃气涡轮机的应用温度不断提升, 陶瓷材料的抗CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)性能越来越重要。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试方法, 研究了LaMeAl11O19(Me=Cu, Zn)陶瓷体材料在不同温度和时间条件下的抗CMAS腐蚀行为。结果表明, LaZnAl11O19(LZA)和LaCuAl11O19(LCA)体材料的腐蚀产物都包括透辉石(Ca(Mg,Al)(Si,Al)O7)和钙长石(CaAl2Si2O8)。随着腐蚀温度的提高和时间的延长, 腐蚀深度增加, Ca(Mg,Al)(Si,Al)O7逐渐转变为CaAl2Si2O8。LZA和LCA体材料的CMAS腐蚀可以用“溶解-析出”机制解释。体材料逐渐溶解到CMAS中, 形成Ca(Mg,Al)(Si,Al)O7, 进而逐渐转变为CaAl2Si2O8, 使难以结晶的透辉石相转变为易结晶的钙长石相。La原子为析晶的晶核, CMAS玻璃相与体材料之间存在界面能, 这些因素共同促进了CaAl2Si2O8在CMAS内部以及两者的界面处析出厚板状晶体。
陶瓷体材料 抗CMAS性能 腐蚀机理 燃气轮机 热障涂层 磁铅石型稀土六铝酸盐 ceramic bulk material CMAS resistance corrosion mechanism gas turbine thermal barrier coating magnetite rare earth hexaaluminate
1 西南石油大学新能源与材料学院，四川 成都 610500
2 海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，辽宁 鞍山 114009
3 北京大学工学院，北京 100871
4 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司，四川 成都 610303
激光增材制造技术广泛应用于石油化工、航空航天及海洋装备的制造及修复领域。然而，激光增材制造合金材料制备内部由于急热急冷造成的残余应力在苛刻腐蚀环境中服役时，易引起材料的重大应力腐蚀开裂风险。本文首先综述了激光增材制造合金材料中残余应力的产生机理。其次，总结了材料中残余应力的主要测定方法和消除方法。此外，概述了激光增材制造合金材料应力腐蚀开裂的试验方法以及主要机理。最后，基于激光增材制造合金材料残余应力和应力腐蚀开裂的研究现状，总结了该领域目前尚待解决的关键问题及未来的主要发展趋势。
激光技术 激光增材制造 残余应力 应力测定 应力腐蚀开裂 腐蚀机理 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1300002
1 西北大学科学技术史博士后科研流动站, 陕西 西安 710069
2 陕西师范大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710062
青铜器锈蚀研究能够揭示出青铜器腐蚀机理, 为制定科学的保护措施提供重要的参考资料。目前, 青铜器锈蚀研究主要从其外部锈蚀产物入手, 通过锈蚀组成结构分析, 探讨其腐蚀机理。本文选择了保存较好青铜器本体样品进行了内部锈蚀情况研究。首先采用金相制备技术, 通过打磨、抛光和超声清洗处理后, 制备了断面相组织形态清晰的24件秦早期青铜器青铜本体样品。然后利用共聚焦显微拉曼光谱仪对样品夹杂物进行了光谱学研究, 发现其物相为PbCO3和PbO及Cu2O, 都属于常见的青铜合金腐蚀产物。样品金相组织中圆形或者大面积无规则亮灰色区域为Cu2O, 反映出青铜器表面不仅易于形成一定厚度Cu2O锈蚀层, 在相界之间也容易发生氧化反应生成Cu2O, 存在合金内部和外部同时发生腐蚀生成赤铜矿锈蚀的情况。此外, 拉曼光谱分析显示黑灰色物质主要为铅腐蚀产物——PbCO3和PbO, 反映出铅元素的腐蚀过程: Pb→PbO→PbCO3。在铸造态青铜合金组织中, 铅一般呈近圆形颗粒状态分布在相界之间。青铜器内部分布的铅颗粒在土壤埋藏环境中会发生氧化反应生成PbO, 再与地下水中溶解的CO2－3发生化学反应生成比较稳定的PbCO3。结果表明: 外界腐蚀因素(水、溶解氧和碳酸根等)能够通过合金中相界间通道进入青铜器内部, 在相界表面逐步发生反应形成以金属氧化物为主的腐蚀产物。
青铜器 金属文物 拉曼光谱 腐蚀机理 Bronze ware Metal cultural relics Raman spectrum Corrosive mechanism
