复合水蒸气腐蚀环境下合金涂层耐蚀性能研究
Corrosion resistance of coatings under complex environment with water vaporCorrosion resistance of coatings under complex environment with water vapor 采用高能微弧合金化沉积技术（Microstructure and High temperature oxidation behavior）通过采用控制功率，电压，沉积时间等等工艺参数， 制作一个Co-40Mn涂层，高能微弧合金化沉积技术是是一种电火花沉积技术，具有设备轻巧、操作简单、成本低廉等优点，已被广泛应用于制备各种金属陶瓷涂层。 本文主要研究方向是在大气环境条件下，样品在10％水蒸汽浓度环境下反应5h，10h和25h后和在10％，20％和40％水蒸汽浓度下反应10h的耐蚀性能研究。 最后采用重量变化法，扫描电子显微镜（SEM），能谱仪，X射线衍射仪对腐蚀产物进行研究，我们可以知道：，水蒸汽浓度为10％的时候，随着时间的延长，涂层会出现大规模剥落现象，表面的颗粒状物体由小变大，致密度也会降低，耐蚀性能也会降低。当温度为800℃，水蒸汽浓度为10％的时候，当反应时间越长，生成的每一种氧化产物越来越多，腐蚀现象越来越严重，但尖晶石生成的越来越多，耐蚀性能增强。当温度为800℃，腐蚀现象不随水蒸汽浓度的增加而增加。耐蚀性能不随水蒸汽浓度增加而增加。关键词：高能微弧合金化沉积技术；水蒸汽浓度；腐蚀产物Water vapor concentration，Corrosion products 目录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 大气腐蚀实验方法 2
1.3 腐蚀产物分析方法 4
1.3.1 重量法 4
1.3.2 电化学分析法 5
1.4 金属大气腐蚀表面分析方法 6
1.4.1 表面形貌分析 7
1.4.2 腐蚀产物分析 7
1.4.3 表面形貌与表面产物的原位分析 7
1.5 涂层的制备技术 7
1.5.1 射频溅射法 8
1.5.2 激光脉冲沉积法 8
1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
法 4
1.3.2 电化学分析法 5
1.4 金属大气腐蚀表面分析方法 6
1.4.1 表面形貌分析 7
1.4.2 腐蚀产物分析 7
1.4.3 表面形貌与表面产物的原位分析 7
1.5 涂层的制备技术 7
1.5.1 射频溅射法 8
1.5.2 激光脉冲沉积法 8
1.5.3 等离子喷涂法 9
1.5.4 高能微弧火花沉积技术 9
第二章 实验设备及实验方法 11
2.1 实验材料及设备 11
2.1.1 实验材料的准备以及前期处理 11
2.1.2 实验样品制备 11
2.1.3 实验装置 11
2.1.4 实验装置连接 11
2.2 实验进行各仪器设备参数和实验步骤 12
2.3 实验后处理及实验过程中注意事项 13
2.4 实验测试仪器的简介与使用方法 13
2.4.1 电子分析天平 13
2.4.2 扫描电子显微镜能谱仪（SEMEDS） 13
2.4.3 岛津XRD6000X射线衍射仪 14
第三章 实验结果与实验分析 15
3.1 重量分析 15
3.1.1 定时分析 15
3.1.2 定浓度分析 15
3.2 扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪对实验结果分析 16
3.3 X射线衍射仪对实验结果的分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 概述
据统计全世界每年因腐蚀报废的钢铁达到25％，每年生产的钢铁约10％成为废品。实际上，腐蚀设计到人们生产生活上，每年由于腐蚀问题引起的各种事故多种多样，包括工厂停产，建筑物被腐蚀，随着国际上工业的迅速发展，金属材料被运用的地方也越来越多，腐蚀这个问题也变得越来越严重，研究腐蚀变成了一个越来越大的课题。对一般生产来说，很多问题可以用有效的防腐措施来解决。腐蚀种类也被渐渐多起来。比如，在石油化工生产中。处于高温气体中工作的设备有乙烯裂解炉、合成氨转化炉，废热锅炉、氨合成塔等等。金属在高温气体中的普遍而又重要的腐蚀形式是氧化。除此之外，在石油化工生产中，还有高温硫化碳化、氮化等如在炼制高硫原油时，金属构件产生的高温S腐蚀和含S气体的腐蚀、煤和有机燃料燃烧产生的CO2和H20（g）使金属材料发生的碳化等等一系列的腐蚀。
因此研究腐蚀是一个大问题，首先因从大气腐蚀开始，了解大气腐蚀的原因，设计大气腐蚀的实验，得到数据，积累经验。这样就能最大程度减小腐蚀对我们的生产生活造成破坏。随着研究腐蚀的越来越深入，材料腐蚀问题涉及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科技到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在腐蚀问题。随着问题的深入，研究者们研究出了各种各样的控制腐蚀的研究方法。高温合金和耐热钢是指在高温下工作的金属材料。在高温下使用的金属材料必须同时具有优良的机械性能和较高的抗高温腐蚀能力，但是实际上这两方面的要求在合金设计中通常是相互矛盾的，而不能同时达到最优化。在材料要求越来越高的条件下，合金材料服役温度的提高，这一问题也变得越来越显著。因此解决此矛盾的一个有效途径就是在合金表面施加适当的涂层。对涂层的厚度能体现抗高温腐蚀能力的作用，而合金的本身就需要具有优秀的力学性能从而达到我们所需要的性能。
传统高温防护涂层一般都是金属基的，有各种各样的方法。在一般情况下，我们通过成分、组织设计使其表面能形成缓慢生长的、黏附性良好的绝缘或半导体保护膜。这些涂层强调表面稳定性，形成的氧化膜具有较低的离子传导率，主要起物理阻挡层作用。比如Al在自然环境下会经过氧化形成致密的氧化铝薄膜，具有了隔绝效果，抵挡了薄膜里面Al进一步氧化腐蚀，达到非常好的效果。
当然随着冶金、能源、化工和环保等工业的快速发展，以前高温防护涂层单一的抗高温腐蚀性能已不能满足要求，由此涂层的发展趋向于多功能化。涂层需要各种各样的要求，不能只是起到单一的隔绝性，有时还要满足具有优良的导电性，具有催化性能，更高温度的抗高温能力，还有在能源环保方面，减少碳沉积等等。涂层在制作工艺上也越来越多。因此，只有不断完善，重视腐蚀给我们带来的影响，才能达到在生产生活中的更高要求。
1.2 大气腐蚀实验方法
现场暴露实验场曝光实验分为曝光模式室外和室内，实验室外目的获得的腐蚀数据，并包含一个大气天然室外环境下，主要因素和在不同环境下的材料腐蚀规则[1]。选择适当的措施来保护环境的材料，采用室内开发的测试方法加速提供可比数据，以确定加速试验方法的适用性;室内暴露试验下进行长期暴露在自然的室内环境，了解和测量数据防腐防蚀功能。该实验被放置后评论金属材料，非金属，锈斑等安装的软件包和覆盖层在内部储存条件的耐腐蚀性，以确保有效地保护保护覆盖物和防锈包[2]。大气腐蚀暴露的实验研究是最常用的方法。其优点是，它反映了场景的真实情况，要获得可靠的数据，直观的，并且可以用来评估对自然环境的寿命，腐蚀金属，以提供合理的选择，设计和产品开发的数据有效的保护标准
1.2.1 室内加速试验
室内加速试验已久的现场暴露试验一直是大气腐蚀的最权威的研究中，大多数的数据源，但它可以与环境互动反映真实性的金属材质，但仍有许多不足之处难以克服：第一实验期间，最低为三至五年，不能满足技术和生产;第二，持续时间长，耐腐蚀和腐蚀速率造成的冶金效果是平均结果的很长一段时间，但气氛是复杂的，尽管在天计算是非常粗糙;第三个是多样性和大气腐蚀的特性复杂性，
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 大气腐蚀实验方法 2
1.3 腐蚀产物分析方法 4
1.3.1 重量法 4
1.3.2 电化学分析法 5
1.4 金属大气腐蚀表面分析方法 6
1.4.1 表面形貌分析 7
1.4.2 腐蚀产物分析 7
1.4.3 表面形貌与表面产物的原位分析 7
1.5 涂层的制备技术 7
1.5.1 射频溅射法 8
1.5.2 激光脉冲沉积法 8
1.
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法 4
1.3.2 电化学分析法 5
1.4 金属大气腐蚀表面分析方法 6
1.4.1 表面形貌分析 7
1.4.2 腐蚀产物分析 7
1.4.3 表面形貌与表面产物的原位分析 7
1.5 涂层的制备技术 7
1.5.1 射频溅射法 8
1.5.2 激光脉冲沉积法 8
1.5.3 等离子喷涂法 9
1.5.4 高能微弧火花沉积技术 9
第二章 实验设备及实验方法 11
2.1 实验材料及设备 11
2.1.1 实验材料的准备以及前期处理 11
2.1.2 实验样品制备 11
2.1.3 实验装置 11
2.1.4 实验装置连接 11
2.2 实验进行各仪器设备参数和实验步骤 12
2.3 实验后处理及实验过程中注意事项 13
2.4 实验测试仪器的简介与使用方法 13
2.4.1 电子分析天平 13
2.4.2 扫描电子显微镜能谱仪（SEMEDS） 13
2.4.3 岛津XRD6000X射线衍射仪 14
第三章 实验结果与实验分析 15
3.1 重量分析 15
3.1.1 定时分析 15
3.1.2 定浓度分析 15
3.2 扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪对实验结果分析 16
3.3 X射线衍射仪对实验结果的分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 概述
据统计全世界每年因腐蚀报废的钢铁达到25％，每年生产的钢铁约10％成为废品。实际上，腐蚀设计到人们生产生活上，每年由于腐蚀问题引起的各种事故多种多样，包括工厂停产，建筑物被腐蚀，随着国际上工业的迅速发展，金属材料被运用的地方也越来越多，腐蚀这个问题也变得越来越严重，研究腐蚀变成了一个越来越大的课题。对一般生产来说，很多问题可以用有效的防腐措施来解决。腐蚀种类也被渐渐多起来。比如，在石油化工生产中。处于高温气体中工作的设备有乙烯裂解炉、合成氨转化炉，废热锅炉、氨合成塔等等。金属在高温气体中的普遍而又重要的腐蚀形式是氧化。除此之外，在石油化工生产中，还有高温硫化碳化、氮化等如在炼制高硫原油时，金属构件产生的高温S腐蚀和含S气体的腐蚀、煤和有机燃料燃烧产生的CO2和H20（g）使金属材料发生的碳化等等一系列的腐蚀。
因此研究腐蚀是一个大问题，首先因从大气腐蚀开始，了解大气腐蚀的原因，设计大气腐蚀的实验，得到数据，积累经验。这样就能最大程度减小腐蚀对我们的生产生活造成破坏。随着研究腐蚀的越来越深入，材料腐蚀问题涉及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科技到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在腐蚀问题。随着问题的深入，研究者们研究出了各种各样的控制腐蚀的研究方法。高温合金和耐热钢是指在高温下工作的金属材料。在高温下使用的金属材料必须同时具有优良的机械性能和较高的抗高温腐蚀能力，但是实际上这两方面的要求在合金设计中通常是相互矛盾的，而不能同时达到最优化。在材料要求越来越高的条件下，合金材料服役温度的提高，这一问题也变得越来越显著。因此解决此矛盾的一个有效途径就是在合金表面施加适当的涂层。对涂层的厚度能体现抗高温腐蚀能力的作用，而合金的本身就需要具有优秀的力学性能从而达到我们所需要的性能。
传统高温防护涂层一般都是金属基的，有各种各样的方法。在一般情况下，我们通过成分、组织设计使其表面能形成缓慢生长的、黏附性良好的绝缘或半导体保护膜。这些涂层强调表面稳定性，形成的氧化膜具有较低的离子传导率，主要起物理阻挡层作用。比如Al在自然环境下会经过氧化形成致密的氧化铝薄膜，具有了隔绝效果，抵挡了薄膜里面Al进一步氧化腐蚀，达到非常好的效果。
当然随着冶金、能源、化工和环保等工业的快速发展，以前高温防护涂层单一的抗高温腐蚀性能已不能满足要求，由此涂层的发展趋向于多功能化。涂层需要各种各样的要求，不能只是起到单一的隔绝性，有时还要满足具有优良的导电性，具有催化性能，更高温度的抗高温能力，还有在能源环保方面，减少碳沉积等等。涂层在制作工艺上也越来越多。因此，只有不断完善，重视腐蚀给我们带来的影响，才能达到在生产生活中的更高要求。
1.2 大气腐蚀实验方法
现场暴露实验场曝光实验分为曝光模式室外和室内，实验室外目的获得的腐蚀数据，并包含一个大气天然室外环境下，主要因素和在不同环境下的材料腐蚀规则[1]。选择适当的措施来保护环境的材料，采用室内开发的测试方法加速提供可比数据，以确定加速试验方法的适用性;室内暴露试验下进行长期暴露在自然的室内环境，了解和测量数据防腐防蚀功能。该实验被放置后评论金属材料，非金属，锈斑等安装的软件包和覆盖层在内部储存条件的耐腐蚀性，以确保有效地保护保护覆盖物和防锈包[2]。大气腐蚀暴露的实验研究是最常用的方法。其优点是，它反映了场景的真实情况，要获得可靠的数据，直观的，并且可以用来评估对自然环境的寿命，腐蚀金属，以提供合理的选择，设计和产品开发的数据有效的保护标准
1.2.1 室内加速试验
室内加速试验已久的现场暴露试验一直是大气腐蚀的最权威的研究中，大多数的数据源，但它可以与环境互动反映真实性的金属材质，但仍有许多不足之处难以克服：第一实验期间，最低为三至五年，不能满足技术和生产;第二，持续时间长，耐腐蚀和腐蚀速率造成的冶金效果是平均结果的很长一段时间，但气氛是复杂的，尽管在天计算是非常粗糙;第三个是多样性和大气腐蚀的特性复杂性，
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