金屬腐蝕與防護
中國科學院有關金屬腐蝕與防護的研究工作,分散在上海冶金研究所、長春應用化學研究所、金屬研究所、福建物質結構研究所二部、青島海洋研究所、微生物研究所、南京土壤研究所、上海矽酸鹽研究所、南海海洋研究所等十多個研究所進行。一九八二年,以金屬研究所和長春應用化學研究所的相關研究室為基礎,在沈陽建立了中國科學院金屬腐蝕與防護研究所。從此,這一領域有了專業研究機構。綜合各所從事金屬腐蝕與防護研究的主要成果,可以概括為以下幾個方麵。
高溫氧化、熱腐蝕和抗氧化塗層
金屬研究所、上海矽酸鹽化學與工學研究所李鐵藩、程如光等自六十年代初開始,以發展航天技術作為背景,研究成功鉬合金抗高溫氧化防護塗層,矽—鉻、矽—硼、矽—硼—鋯、鉻—鈦—矽、鈦—鉻—鎢—矽等改性矽化物塗層,並對塗層組成、微觀結構與性能的關係進行了研究,發展了料漿熱擴散法塗層新工藝。金屬所為中國第一顆重返地球人造衛星提供了抗再入大氣層熱蝕的難熔合金部件的抗高溫燒蝕塗層及高輻射率塗層,有的部件也為中國洲際導彈發射成功作出了貢獻。
金屬所結合國家資源條件,研究稀土對難熔金屬、鎳基高溫合金、高溫鈦合金以及鐵基合金與碳鋼等的高溫氧化行為,闡明了稀土元素改善金屬材料上氧化膜的粘附機理;提出了以噴吹法向碳鋼中添加稀土氧化物彌散質點所以能改善鋼的抗氧化性能,是由於氧化產物中浮氏體相消失和四氧化三鐵與三氧化二鐵相生成比發生變化,並根據熱力學提出了理論解釋。建立了金屬氧化膜生長應力測量裝置和氧化動力學實驗室。開發了含稀土合金材料,如提高了含釔的鐵—鉻—鋁電熱合金的使用溫度和壽命,含鈰的鎳—鉻—銅—矽係鎳基合金能在玻璃纖維生產中代替部分鉑部件,含混合稀土抗高溫磨蝕鎳基合金用於粉煤流態床燃燒爐埋管作鰭片等,均取得了良好的效果。
上海冶金所石聲泰等研究石油化工和硫酸廠的含餘熱混合氣體的高溫腐蝕,揭示了高熔點沉積物在其熔點以下熱腐蝕的規律,提出了乙烯裂解爐環境中高溫腐蝕穿孔原因為高溫硫化—氧化機製,改進了HP—40合金並試製成功抗高溫硫化腐蝕與抗碳化的爐管材料。
金屬所研究航空發動機渦輪葉片鎳基合金抗氧化防護層及工藝,管慪榮等開發了鋁、鋁—鉻和鋁—矽係列塗層,並發展了低壓蒸汽滲鋁和料漿滲鋁工藝。對於塗層退化和相變現象進行了較深入的研究,塗層已應用於中國幾種型號航空發動機渦輪葉片上。該所還為固體火箭尾噴管研製成功高強石墨蒸汽滲矽的喉部。此外,在等離子噴塗各種過渡性的金屬陶瓷層底層的隔熱與耐磨蝕塗層方麵也做出了成績,如煉鋅攪拌器加上三氧化二鋁塗層後使用壽命提高5倍以上。
電化學腐蝕基礎研究
早在五十年代初,餘柏年即在長春應用化學所從事金屬電化學腐蝕研究。該所進行的局部腐蝕電化學研究,搞清了不鏽鋼晶間腐蝕與電位的關係,提出低合金鋼在海水中局部腐蝕自催化理論,並據此建立了快速測試方法,為海軍快艇用鋼選材提供了依據。闡明了局部腐蝕電池陰極與“閉塞”陽極間電位差的性質和組成,發展了陰極保護和檢測技術。探索了擊穿電位以上孔蝕的發展規律,研究了電化學噪聲與局部腐蝕關係。對鐵在含氯離子酸性溶液中陽極溶解的研究,提出一個反應動力學模型,並證明pH值與氯離子之間無交互效應,闡明了碳鋼陽極溶解機製。華保定的研究結果,對電站用黃銅脫鋅的機理,鹵素離子對不鏽鋼陽極溶解過程的影響等,都富有實際意義。曹楚南對輕金屬陽極氧化過程進行了基礎研究,提出鋁陽極氧化膜生成動力學公式和羧基添加劑的吸附—緩衝作用機理。
長春應用化學所在研究腐蝕電化學過程中,建立了拉普拉斯轉換快速測量交流阻抗的方法,建立了動電流掃描快速直接測定腐蝕電流和表麵電容的方法,以及微分極化電阻和微分電流的測量方法。到七十年代初,已形成腐蝕電化學測試係列商品的專業生產。隨後又研製成電化學調製光譜儀,並與橢圓儀聯合原位測量電極表麵層性質,用鎖相技術交流阻抗法開展電極表麵化學微弱信息的測量。