本文關(guān)鍵詞：深海潛水器防腐、抗疲勞涂層制備及防護(hù)機(jī)理研究　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：深海蘊(yùn)藏著豐富的自然資源,同時(shí)具有重大的戰(zhàn)略意義。深海潛水器是人類走向深海大洋的必需裝備,然而鋼質(zhì)潛水器在從淺海到深海的各種苛刻環(huán)境下服役,鋼結(jié)構(gòu)極易受到腐蝕與疲勞的復(fù)合損傷。因此,設(shè)計(jì)并制備一種可用于深海潛水器表面防護(hù)的涂層,對(duì)實(shí)現(xiàn)其“大、潛、深”的發(fā)展目標(biāo)具有十分重要的意義。針對(duì)這一問(wèn)題,論文開(kāi)展了以下研究:1)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了具有“骨架”結(jié)構(gòu)的防腐抗疲勞涂層體系,制備了Al-Ti-Si-RE粉芯絲材(Ti:25%~28%,Si:1.5%,RE(混合稀土元素):0.5%,Al:余量)。利用高速電弧噴涂技術(shù)在L907A鋼表面制備了Al-Ti-Si-RE涂層,對(duì)該涂層基本性能進(jìn)行研究與表征,Al-Ti-Si-RE涂層平均孔隙率為1.6%;平均結(jié)合強(qiáng)度為39.0MPa,較傳統(tǒng)環(huán)氧有機(jī)涂層提高近8倍。2)通過(guò)SEM、TEM、XRD等微觀分析表明:所研制的Al-Ti-Si-RE涂層組織以微晶、納米晶為主,具有穩(wěn)定的“骨架”結(jié)構(gòu)(骨架成分為Ti-Al金屬間化合物),Al在涂層表面呈連續(xù)分布,Ti-Al金屬間化合物呈“島狀”分布。Al-Ti-Si-RE涂層具有犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)保護(hù)作用,同時(shí)這種多孔骨架結(jié)構(gòu)還可將Al腐蝕產(chǎn)物固定于其孔隙內(nèi),形成高致密性涂層阻塞腐蝕通道,抑制腐蝕進(jìn)行。3)為有效模擬潛水器在深海的作業(yè)環(huán)境,研制了“可調(diào)溫、調(diào)氧深海模擬實(shí)驗(yàn)裝置”。與現(xiàn)有模擬裝置相比,該裝置在可控壓力、溫度等參數(shù)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新增加了溶解氧控制系統(tǒng),可更為真實(shí)地模擬深海作業(yè)環(huán)境。4)利用模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),結(jié)合腐蝕電化學(xué)測(cè)試技術(shù),對(duì)Al-Ti-Si-RE涂層進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:Al-Ti-Si-RE涂層在深海模擬環(huán)境下腐蝕防護(hù)性能優(yōu)異。電化學(xué)噪聲時(shí)域分析顯示:靜水壓力高時(shí)涂層腐蝕速率更穩(wěn)定,溶解氧濃度高時(shí)腐蝕速率大;電化學(xué)噪聲頻域分析顯示:涂層以穩(wěn)態(tài)腐蝕為主,靜水壓力促進(jìn)穩(wěn)態(tài)腐蝕進(jìn)行,溶解氧濃度則對(duì)亞穩(wěn)態(tài)腐蝕向穩(wěn)態(tài)腐蝕轉(zhuǎn)變具有顯著作用。5)針對(duì)潛水器耐壓部位在深海中不斷上浮下潛受到交變應(yīng)力影響的工況,對(duì)比分析了均布應(yīng)力與集中應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系,采用更為苛刻的三點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試方法進(jìn)行加速試驗(yàn)。對(duì)施加Al-Ti-Si-RE涂層的L907A鋼在3.5%NaCl中進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試,經(jīng)歷107次彎曲測(cè)試后涂層依然穩(wěn)定,而未施加涂層的L907A鋼在經(jīng)歷了8.123875×106次彎曲疲勞后發(fā)生斷裂,表明Al-Ti-Si-RE涂層對(duì)L907A鋼具有優(yōu)異的防護(hù)作用。通過(guò)對(duì)Al-Ti-Si-RE涂層電偶單元建模分析可知:Al的溶解量與最大強(qiáng)度因子kmax、循環(huán)加載時(shí)間t之間呈平方與指數(shù)加和關(guān)系。6)針對(duì)潛水器排氣管路在“熱腐蝕+海水腐蝕”工況下服役的這一特點(diǎn),對(duì)Al-Ti-Si-RE涂層進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn),分析結(jié)果表明:涂層在500℃以下熱循環(huán)作用時(shí)可正常服役,其原因是涂層與基體在500℃以下熱膨脹系數(shù)相差小,同時(shí)涂層中Al與Ti-Al金屬間化合物晶粒尺寸小,且能保持良好共格關(guān)系,因此在溫度突變時(shí),Al-Ti-Si-RE涂層依然能夠保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。7)鑒于Al-Ti-Si-RE高速電弧噴涂層存在一定孔隙,采用封孔劑(XK-252涂料)對(duì)其進(jìn)行封孔處理,Al-Ti-Si-RE涂層與封孔劑結(jié)合力達(dá)到1級(jí)水平。經(jīng)封孔后的Al-Ti-Si-RE涂層在2000h的中性鹽霧與模擬深海環(huán)境下均表現(xiàn)出了優(yōu)異的腐蝕防護(hù)性能,有機(jī)涂層與Al-Ti-Si-RE涂層界面處未出現(xiàn)起皮開(kāi)裂等現(xiàn)象。經(jīng)3個(gè)月初步實(shí)�？己�,Al-Ti-Si-RE涂層防護(hù)性能良好。通過(guò)上述系統(tǒng)研究表明:所研制的具有“骨架”結(jié)構(gòu)的Al-Ti-Si-RE微晶、納米晶涂層具有優(yōu)異的深海腐蝕防護(hù)性能和抗疲勞性能,可滿足潛水器在深海作業(yè)環(huán)境下的服役需求,研究成果可為我國(guó)鋼質(zhì)深海裝備腐蝕疲勞防護(hù)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃維;劉海笑;單桂敏;胡存;;Fatigue Analysis of the Taut-Wire Mooring System Applied for Deep Waters[J];China Ocean Engineering;2011年03期

2 童輝;魏世丞;劉毅;田浩亮;王新坤;徐濱士;;鈦鋁偽合金涂層在模擬深海壓力下的腐蝕行為[J];稀有金屬材料與工程;2014年12期

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本文編號(hào)：1335425