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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 鋁及鋁合金耐高溫海水腐蝕的防護(hù)研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 數(shù)理
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 通過(guò)硫酸陽(yáng)極氧化法對(duì)AA1100和AA5052進(jìn)行表面處理后，進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)測(cè)試以及腐蝕產(chǎn)物膜分析，得到耐蝕性最佳的陽(yáng)極氧化工藝，為設(shè)計(jì)出更具實(shí)用價(jià)值的耐蝕性工藝打下基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文對(duì)工業(yè)純鋁1100及鋁合金5052陽(yáng)極氧化工藝進(jìn)行初步研究，利用正交實(shí)驗(yàn)確定工藝參數(shù)，具體分析了在90℃，3.5%的氯化鈉溶液中，不同工藝參數(shù)對(duì)陽(yáng)極氧化膜性能的影響及其腐蝕機(jī)理和規(guī)律。 通過(guò)電化學(xué)測(cè)試法及SEM的觀察發(fā)現(xiàn)，兩種材料的原始試樣中，純鋁全面腐蝕的可能性較高；僅經(jīng)陽(yáng)極氧化法處理后的試樣的耐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于原始試樣；對(duì)于經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理并沸水封孔的試樣耐蝕性明顯優(yōu)于未封孔試樣。綜合分析測(cè)試結(jié)果，獲得兩種材料的最佳成膜工藝：純鋁1100表面處理時(shí)間10min、電流密度2A/dm2；鋁合金5052表面處理時(shí)間20min、電流密度1A/dm2，在這兩種工藝條件下，純鋁比鋁合金更耐蝕。 最后，通過(guò)XRD和SEM對(duì)腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)和表面腐蝕形貌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要是Al、Al(OH)3、Al2O3和Al(OH)3·nH2O，兩種最佳成膜工藝的試樣表面腐蝕破壞程度最小。
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 欲通過(guò)硫酸陽(yáng)極氧化法對(duì)AA1100和AA5052進(jìn)行表面處理后，進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)測(cè)試以及腐蝕產(chǎn)物膜分析，得到耐蝕性最佳的陽(yáng)極氧化工藝，為設(shè)計(jì)出更具實(shí)用價(jià)值的耐蝕性工藝打下基礎(chǔ)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 為了提高純鋁的耐蝕性，本文選用鋁硫酸陽(yáng)極氧化法對(duì)AA1100和AA5052進(jìn)行表面處理。該方法成本低，得到的膜透明度高，耐磨性好，具有優(yōu)良的耐孔蝕性能。對(duì)其在90℃，3.5%的氯化鈉溶液中的腐蝕防護(hù)性能進(jìn)行初步研究，利用正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定工藝參數(shù)，具體分析了不同工藝參數(shù)（表面處理時(shí)間，電流密度）對(duì)陽(yáng)極氧化氧化膜性能的影響，獲得兩種材料的最佳成膜工藝。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本項(xiàng)目研究的是低溫蒸餾法海水淡化工藝中冷卻管材料的選擇及其耐蝕性。其使用的環(huán)境要求材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性能，在海水中還應(yīng)該具有良好的耐蝕性能以保證裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文對(duì)工業(yè)純鋁1100及鋁合金5052陽(yáng)極氧化工藝進(jìn)行初步研究，利用正交實(shí)驗(yàn)確定工藝參數(shù)，具體分析了在90℃，3.5%的氯化鈉溶液中，不同工藝參數(shù)對(duì)陽(yáng)極氧化膜性能的影響及其腐蝕機(jī)理和規(guī)律。 通過(guò)電化學(xué)測(cè)試法及SEM的觀察發(fā)現(xiàn)，兩種材料的原始試樣中，純鋁全面腐蝕的可能性較高；僅經(jīng)陽(yáng)極氧化法處理后的試樣的耐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于原始試樣；對(duì)于經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理并沸水封孔的試樣耐蝕性明顯優(yōu)于未封孔試樣。綜合分析測(cè)試結(jié)果，獲得兩種材料的最佳成膜工藝：純鋁1100表面處理時(shí)間10min、電流密度2A/dm2；鋁合金5052表面處理時(shí)間20min、電流密度1A/dm2，在這兩種工藝條件下，純鋁比鋁合金更耐蝕。 最后，通過(guò)XRD和SEM對(duì)腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)和表面腐蝕形貌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要是Al、Al(OH)3、Al2O3和Al(OH)3·nH2O，兩種最佳成膜工藝的試樣表面腐蝕破壞程度最小。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 目前影響海水淡化技術(shù)中冷凝管的性能具有極其重要的作用。它的選材研究較少，此項(xiàng)研究一定程度上填補(bǔ)了冷凝管材料研究的不足，對(duì)鋁及其鋁合金合理、成功地應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
- 舒馬赫. 海水腐蝕手冊(cè) [M] . 李大超等譯. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,1985. 王樹(shù)軍.鋁及其合金的強(qiáng)化[J].金屬世界.1995, (05):13. 穆振軍,陳光章,任潤(rùn)桃等.鋁殼艦船用防污涂層的性能評(píng)價(jià)[J].裝備環(huán)境工程.2008,5（5）：18-20. 賴(lài)國(guó)偉,謝曉君,武自修等. 金屬?lài)娡块L(zhǎng)效復(fù)合防護(hù)涂層在海洋大氣環(huán)境中的應(yīng)用[J]. 材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2002 ,17 (4) :29-31. Y. F. Cheng, J. L. Luo, M. Wilmott. Spectral analysis of electrochemical noise with different transient shapes [J].Electrochimica acta, 2000, 45(11):1763-1771. 王祝堂.鋁材及其表面處理手冊(cè) [M].江蘇: 科學(xué)技術(shù)出版社,1991. J.O. Bockris. Electroanal[J]. Chemistry, 1993, 349:375. Hatch J, editor. Aluminum properties and physical metallurgy.Metals Park (OH): ASM; 1984. p. 58–319 Hosni Ezuber, A.El-Houd, F. El-Shawesh. A study on the corrosion behavior of aluminum alloys in seawater [J]. Materials and Design,2008,29:801-805.
同類(lèi)課題研究水平概述
- 海水是高腐蝕性介質(zhì)，在海水淡化設(shè)備中，與海水或鹽霧接觸的部分都必須具備耐腐蝕性。在LT -MED裝置中，總體考慮降低設(shè)備造價(jià)和使用工況，不同的部件通常采用不同的材料，比較廣泛采用的耐海水腐蝕材料有銅合金、鈦及其合金、特種不銹鋼[19]、塑料材料等，以下主要探討冷凝管的選材。 冷凝管是LT - MED 裝置的核心部件，使用量大。世界上大部分的冷凝管材料主要采用特種不銹鋼、鋁黃銅、鈦合金，它們對(duì)海水具有較好的防腐性能。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[19]，不銹鋼在海水浸泡試驗(yàn)后，耐海水腐蝕性的優(yōu)劣程度與其腐蝕電位正負(fù)順序一致，不銹鋼鈍化能力越強(qiáng)，其腐蝕電位趨于穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)，穩(wěn)態(tài)電位越正，其耐腐蝕性越好。芬蘭的歐托昆普（Outokumpu）公司和瑞典的阿維斯塔（Avesta）公司的Jan Olsson和Malin Snis提出了一種新型的不銹鋼，可用于蒸餾法的海水淡化裝置中，這種雙相不銹鋼已經(jīng)成功地運(yùn)用在世界各地的海水淡化裝置中，更多高級(jí)合金不銹鋼將會(huì)是多效低溫（MED）裝置中的選擇20]。銅合金一般作為清潔海水中冷凝管材，主要有鋁黃銅等，其表面生成了一層氧化亞銅保護(hù)膜提高了銅管的耐蝕性，工程上常采取定期注入硫酸亞鐵鍍膜的方法來(lái)減緩銅管的沖蝕與沉積腐蝕現(xiàn)象。鈦在海洋大氣、海水環(huán)境中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，這是因?yàn)殁佔(zhàn)陨碛蟹€(wěn)定的鈍化膜。鈦和鈦合金耐氯化物溶液的腐蝕性也非常優(yōu)良，使用溫度小于110℃不會(huì)發(fā)生吸氫或腐蝕 [21]，但價(jià)格相對(duì)昂貴，以色列在低溫多效海水淡化技術(shù)中的蒸發(fā)器設(shè)備就專(zhuān)門(mén)采用鈦管。
