非晶纳米晶涂层制备与腐蚀

第1章 非晶合金概述 001

1.1非晶合金 001

1.1.1非晶态合金与金属玻璃 001

1.1.2铁基非晶态合金 003

1.1.3腐蚀与电化学 004

1.1.4铁基非晶态合金耐蚀性能 008

1.2铁基非晶纳米晶涂层制备 009

1.2.1铁基非晶涂层 010

1.2.2超音速火焰（HVOF）喷涂原理 010

1.2.3高速三电极等离子喷涂 013

1.2.4活性燃烧高速燃气（AC-HVAF）喷涂原理 014

1.3铁基非晶纳米晶涂层性能 015

1.3.1铁基非晶态合金的力学性能 015

1.3.2铁基非晶涂层的耐蚀性 016

1.3.3铁基非晶涂层的研究及应用 017

参考文献 018



第2章 非晶合金腐蚀性能 022

2.1非晶合金在中性和酸性溶液中腐蚀 022

2.1.1非晶合金制备 023

2.1.2非晶结构表征 026

2.1.3电化学腐蚀行为 027

2.1.4钝化膜的电子特征 032

2.1.5钝化膜的成分和结构表征 034

2.1.6AFM表面形貌观察 040

2.1.7非晶合金钝化特征及腐蚀机理 041

2.2成分影响非晶合金腐蚀性能 048

2.2.1非晶条带制备 049

2.2.2条带的非晶结构表征 050

2.2.3硬度的影响 051

2.2.4电化学腐蚀行为 052

2.2.5钝化膜表征 053

2.2.6合金元素与耐蚀性及硬度的关系 054

参考文献 058



第3章 非晶纳米晶涂层制备 063

3.1HVOF喷涂非晶涂层制备 063

3.1.1HVOF喷涂涂层制备过程 064

3.1.2涂层喷涂结构和形貌表征 065

3.1.3涂层物相分析 066

3.1.4涂层显微硬度 068

3.1.5电化学腐蚀行为 069

3.1.6HVOF喷涂参数影响 070

3.1.7非晶结构对腐蚀性能的影响 072

3.1.8HVOF喷涂参数对硬度的影响 073

3.2AC-HVAF非晶涂层制备 074

3.2.1AC-HVAF非晶涂层制备过程 075

3.2.2制备工艺对非晶涂层结构特征的影响 076

3.2.3厚度对非晶涂层性能的影响 081

3.2.4AC-HVAF WC涂层结构和性能研究 083

3.3HVOF法和AC-HVAF法制备非晶纳米晶涂层比较 086

3.3.1非晶结构特征 086

3.3.2耐蚀性特征 087

3.3.3硬度特征 089

3.4封孔处理对HVOF非晶纳米晶涂层腐蚀性能的影响 089

3.4.1封孔涂层制备 090

3.4.2封孔涂层的微观结构特征 091

3.4.3封孔涂层的硬度 092

3.4.4电化学腐蚀行为 093

3.4.5长期浸泡腐蚀EIS特征 096

3.4.6Mott-Schottky曲线特征 099

3.4.7均匀腐蚀与点蚀作用 101

参考文献 104



第4章 非晶纳米晶涂层腐蚀性能 107

4.1HVOF非晶纳米晶涂层在NaCl溶液中腐蚀 107

4.1.1HVOF非晶涂层 107

4.1.2涂层微观结构表征 108

4.1.3涂层在NaCl介质中的电化学腐蚀行为 111

4.1.4腐蚀形貌分析 115

4.1.5钝化膜成分XPS分析 115

4.1.6涂层缺陷对腐蚀抗力的影响 116

4.1.7成分对钝化性能的影响 118

4.1.8非晶结构对腐蚀性能的影响 119

4.2HVOF非晶纳米晶涂层在H2SO4溶液中的腐蚀 120

4.2.1非晶涂层组织与结构特征 120

4.2.2非晶涂层在NaCl和H2SO4溶液中的钝化行为 122

4.2.3非晶涂层在H2SO4溶液中的钝化膜特征 124

4.3AC-HVAF非晶纳米晶涂层在AlCl3溶液中腐蚀 127

4.3.1AC-HVAF非晶涂层的制备 127

4.3.2非晶涂层在AlCl3溶液中的腐蚀行为 127

4.4AC-HVAF非晶纳米晶涂层在酸中的腐蚀 129

4.4.1非晶涂层在H2SO4中的腐蚀行为 129

4.4.2非晶涂层在HNO3中的腐蚀行为 130

4.4.3非晶涂层在HAc中的腐蚀行为 132

4.5AC-HVAF非晶纳米晶涂层在压裂液中的腐蚀 134

4.5.1套管钢在压裂液中的电化学腐蚀行为 135

4.5.2硬质合金在压裂液中的电化学腐蚀行为 143

4.5.3AC-HVAF涂层在压裂液中的电化学腐蚀行为 146

4.5.4AC-HVAF涂层在压裂液中腐蚀机理研究 147

4.5.5非晶涂层钝化膜成分分析 149

4.6AC-HVAF非晶纳米晶涂层在三元复合驱溶液中的腐蚀行为 152

4.6.1不同温度对腐蚀性能的影响 152

4.6.2不同碱浓度对腐蚀性能的影响 153

4.6.3不同表面活性剂浓度对腐蚀性能的影响 154

4.6.4不同聚合物浓度对腐蚀性能的影响 154

4.6.5不同配比的ASP溶液对腐蚀性能的影响 155

4.7AC-HVAF非晶纳米晶涂层盐雾腐蚀行为 155

4.7.1非晶纳米晶涂层盐雾腐蚀行为 156

4.7.2盐雾腐蚀试验形貌分析 156

4.8AC-HVAF非晶纳米晶涂层电偶腐蚀 158

4.8.1电偶对在浸泡时的腐蚀行为 159

4.8.2不同阴 阳极面积比对电偶腐蚀的影响因素 159

4.8.3温度对电偶腐蚀的影响 161

4.9AC-HVAF非晶纳米晶涂层高温腐蚀性能 162

4.9.1常温和高温二氧化碳腐蚀 163

4.9.2温度对非晶纳米晶涂层电化学腐蚀的影响 164

4.9.3Cl-浓度对非晶纳米晶涂层电化学腐蚀的影响 165

4.9.4高温二氧化碳腐蚀性能分析 165

参考文献 169



第5章 非晶纳米晶涂层冲刷腐蚀性能 172

5.1冲刷腐蚀研究 172

5.1.1摩擦磨损 172

5.1.2冲刷腐蚀 173

5.1.3冲刷腐蚀影响因素 174

5.1.4冲刷腐蚀研究方法 176

5.1.5冲刷腐蚀损伤的防护研究 177

5.2HVOF非晶纳米晶涂层在海水中冲刷腐蚀研究 180

5.2.1HVOF非晶涂层冲刷腐蚀影响因素 181

5.2.2冲刷腐蚀形貌和表面粗糙度分析 183

5.2.3钝化膜在冲刷腐蚀过程中的作用 185

5.2.4硬度对冲刷腐蚀速率的影响 186

5.2.5冲刷腐蚀机理 186

5.2.6冲刷与腐蚀交互作用 187

5.3AC-HVAF非晶纳米晶涂层在海水中冲刷腐蚀研究 188

5.3.1AC-HVAF和HVOF非晶涂层性能特征 190

5.3.2AC-HVAF非晶涂层电化学腐蚀行为 191

5.3.3AC-HVAF非晶涂层冲刷腐蚀行为 194

5.4AC-HVAF非晶纳米晶涂层在压裂介质中冲刷腐蚀研究 199

5.4.1AC-HVAF非晶涂层在压裂液中冲刷腐蚀影响因素 201

5.4.2冲刷腐蚀条件下的电化学腐蚀行为 207

5.4.3压裂液中材料冲刷腐蚀临界流速研究 211

5.4.4冲刷腐蚀形貌及机理 214

参考文献 224



第6章 非晶纳米晶涂层空泡腐蚀性能 229

6.1空泡腐蚀 229

6.1.1空泡腐蚀影响因素 230

6.1.2空泡腐蚀研究方法 230

6.2HVOF非晶涂层在海水介质中的空泡腐蚀性能 232

6.2.1HVOF非晶涂层空泡腐蚀失重 233

6.2.2HVOF非晶涂层空泡腐蚀损伤形貌 234

6.2.3HVOF非晶涂层空泡腐蚀机理 234

6.3AC-HVAF非晶涂层在压裂液中的空泡腐蚀性能 235

6.3.1空泡腐蚀失重 236

6.3.2空泡腐蚀条件下电化学腐蚀行为 241

6.3.3空泡腐蚀对腐蚀的影响 245

6.3.4腐蚀对空泡腐蚀的影响 246

6.3.5硬度和耐蚀性对空泡腐蚀性能的影响 247

6.3.6空泡腐蚀形貌及机理 248

参考文献 258



第7章 载荷作用下非晶纳米晶涂层腐蚀性能 261

7.1力学作用下涂层腐蚀性能 261

7.1.1外载荷作用对非晶涂层腐蚀的影响 261

7.1.2残余应力对非晶涂层腐蚀的影响 262

7.1.3外载荷和腐蚀耦合作用对非晶涂层性能的影响 264

7.2残余应力作用下AC-HVAF非晶纳米晶涂层腐蚀行为 264

7.2.1不同残余应力非晶涂层制备 264

7.2.2应力涂层非晶特征 265

7.2.3残余应力涂层电化学腐蚀行为 267

7.2.4残余应力涂层浸泡腐蚀行为 269

7.2.5应力涂层钝化稳定性 271

7.3恒载荷作用下AC-HVAF非晶纳米晶涂层腐蚀行为 275

7.3.1恒载荷试样制备 275

7.3.2非晶纳米晶涂层恒载荷作用下腐蚀行为 276

7.3.3非晶涂层恒载荷作用下腐蚀断裂行为 281

7.4动载荷作用下AC-HVAF非晶纳米晶涂层腐蚀行为 286

7.4.1慢拉伸涂层制备 286

7.4.2非晶涂层在动载荷作用下的腐蚀行为 287

7.4.3非晶涂层在动应变作用下的腐蚀行为 289

7.4.4非晶涂层在慢拉伸作用下的腐蚀断裂行为 291

参考文献 294



第8章 非晶纳米晶涂层夹杂相局域溶解计算 296

8.1**性原理概述 296

8.1.1密度泛函理论 297

8.1.2平面波与赝势方法 300

8.2分子动力学模拟概述 301

8.2.1分子动力学基本思想 302

8.2.2分子运动方程式的数值解法 302

8.2.3原子作用力的计算方法 304

8.2.4周期性边界条件 305

8.2.5分子动力学积分步长的选取 305

8.2.6力场 305

8.2.7系综简介 307

8.3氧化物夹杂相局域溶解**性原理计算 307

8.3.1非晶涂层点蚀机理 307

8.3.2夹杂相局域溶解 308

8.3.3计算模型与方法 309

8.3.4晶格结构 310

8.3.5结构的稳定性 311

8.3.6重叠聚居数分析 311

8.3.7态密度分析 312

8.4氧化物夹杂相局域溶解分子动力学计算 313

8.4.1计算机模拟方法 314

8.4.2电化学行为 314

8.4.3局域腐蚀形貌 317

8.4.4局域溶解分子动力学模拟 318

8.4.5氧化物夹杂局域溶解机理 323

8.5非晶纳米晶涂层多尺度仿生结构调控和腐蚀性能 325

8.5.1非晶纳米晶仿生疏水涂层构筑 325

8.5.2非晶纳米晶仿生疏水涂层耐蚀性能 326

参考文献 328