1 北方民族大学材料科学与工程学院,银川 750021
2 碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心,银川 750021
3 粉体材料与特种陶瓷省部共建重点实验室,银川 750021
莫来石-堇青石质匣钵对于制备高性能锂电池正极材料尤为重要。本文采用莫来石(1.18~0.6 mm)和堇青石(2~1 mm)为骨料,莫来石(0.074 mm)、煅烧氧化铝(0.044 mm)、佛山黄泥(0.044 mm)和煤矸石(0.044 mm)为基质,在1 380 ℃下保温3 h烧结制备锂电池正极材料LiNixCoyMnzO2(LNCM)承烧用莫来石-堇青石匣钵,并采用埋覆侵蚀法探究了正极材料在烧结过程中对匣钵的侵蚀行为。结果表明: 在1 380 ℃下保温3 h烧结制备的匣钵力学性能和抗热震性均较好,其室温抗折强度为10.02 MPa,经3次热震循环后残余强度保持率在51.52%~53.26%; 适当增加粗颗粒(1.18~0.6 mm)莫来石的含量可有效提高莫来石-堇青石匣钵的抗侵蚀性,且经侵蚀25次后匣钵表面的最大反应层厚度为447 μm,最小反应层厚度为211 μm。
莫来石 堇青石 匣钵 抗侵蚀性 侵蚀机理 抗热震性 反应层 mullite cordierite sagger corrosion resistance corrosion mechanism thermal shock resistance reaction layer
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 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
2 广西北港新材料有限公司, 北海 536000
3 淄博市发展改革委, 淄博 255000
采用静态坩埚法将AOD炉渣线区镁钙砖在1 700 ℃空气气氛下高温热处理3 h后进行抗渣试验。结合XRD、SEM、EDS等测试手段, 分析了AOD炉两个阶段炉渣对渣线区镁钙砖的侵蚀机理。结果表明: 低碱度的氧化期炉渣对镁钙砖侵蚀明显, 炉渣在表面张力和毛细管力作用下, 进入镁钙砖内部与CaO反应生成低熔点的铁酸二钙2CaO·Fe2O3(C2F), 促进砖中CaO溶解, 破坏了原有的致密结构, 使反应层结构变得疏松、易剥落; 镁钙砖中方镁石晶簇吸收液态渣中的铁、铬、锰氧化物, 并在其晶内和晶间形成复合尖晶石结构, 从而提高镁钙砖表面渣的黏度, 减缓渣的侵蚀; 还原期炉渣碱度较高, 对镁钙砖的侵蚀作用较弱, 主要表现为SiO2向砖内侵蚀渗透, 以及体积效应和温度梯度导致镁钙砖表面小尺寸方镁石晶簇向渣中剥落。
AOD炉 镁钙砖 侵蚀机理 氧化期炉渣 还原期炉渣 方镁石晶簇 铁酸二钙 复合尖晶石 AOD furnace MgO-CaO brick corrosion mechanism oxidation period slag reduction period slag periclase crystal cluster dicalcium ferrite composite spinel
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 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉 430081
2 广西北港新材料有限公司,北海 536000
3 浙江父子岭特种耐火有限公司,湖州 313100
4 浙江宏丰炉料有限公司,湖州 313100
不锈钢生产主要采用氩氧精炼(AOD)炉冶炼工艺, 本文探究AOD炉渣对钢包内衬用MgO-C砖的侵蚀机理, 为提高钢包内衬用MgO-C砖的使用性能和服役寿命提供理论支撑。结合FactSage6.2软件、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等测试手段分析炉渣侵蚀后MgO-C砖的物相变化、显微结构和化学成分变化。结果表明, 随着侵蚀反应的进行, 方镁石逐渐被熔蚀, 且逐步出现Ca3MgSi2O8等低熔点物相, 以及MgAl2O4等高熔点物相。AOD炉渣通过基质部分侵蚀渗透MgO-C砖, 并与方镁石反应生成Ca3MgSi2O8等低熔点物相, 熔蚀方镁石; 同时, 方镁石边界处生成MgAl2O4, 阻碍AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀渗透。
MgO-C砖 AOD炉渣 侵蚀机理 侵蚀 MgO-C brick AOD slag corrosion mechanism corrosion MgAl2O4 MgAl2O4 Ca3MgSi2O8 Ca3MgSi2O8
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
稀土硅酸盐环境障涂层(EBC)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料, 但其在高温熔盐环境的腐蚀行为与机制尚不明晰。本工作采用真空等离子喷涂技术(VPS)制备了Yb2SiO5/Yb2Si2O7/Si环境障涂层, 并研究了该涂层体系在900 ℃、Na2SO4+25% NaCl(质量分数)熔盐环境中的腐蚀行为与机制。研究发现, 所制备的Yb2SiO5/Yb2Si2O7/Si涂层体系结构致密, 各层之间结合良好; 涂层体系腐蚀240 h, 熔盐组分渗透Yb2SiO5涂层, 在Yb2Si2O7中间层发生富集。涂层中Yb2SiO5相具有良好的稳定性, Yb2O3第二相与熔盐发生反应, 且随腐蚀时间延长, Yb2O3含量减少。中间层Yb2Si2O7相与熔盐反应生成磷灰石相NaYb9Si6O26和钠硅酸盐, 并产生Cl2和SO2等挥发性物质, 从而影响服役寿命。硅黏结层中未发现熔盐渗透现象, 保持完整。该涂层体系具有良好的抗熔盐腐蚀性能。
环境障涂层 硅酸镱 Na2SO4+25% NaCl熔盐 腐蚀机制 environmental barrier coating ytterbium silicate Na2SO4+25% NaCl molten salt corrosion mechanism
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
2 中航光电科技股份有限公司，洛阳 471003
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
玻璃经常在溶液或者潮湿环境下使用，水的侵蚀会影响玻璃的物理和化学性质，甚至导致玻璃失效。近年来，通过采用多尺度计算机模拟方法，对简单玻璃体系与水相互作用过程和分子尺度反应机理的认识取得了较大进展。本文聚焦石英玻璃、钠硅玻璃和钠硼硅玻璃三个简单的模型玻璃体系，在阐明其耐水性起源的基础上，概述了玻璃与水分子相互作用过程和机理的最新进展，对进一步理解复杂体系玻璃的耐水性和开发新的功能玻璃具有重要的参考价值。
石英玻璃 钠硅玻璃 钠硼硅玻璃 耐水性 水侵蚀 侵蚀机理 quartz glass sodium silicate glass sodium borosilicate glass water resistance watercorrosion corrosion mechanism
