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  • 海洋所研究提出可重復利用的金屬表面強化粉末擴滲劑

      近日,中科院海洋所黃彥良課題組對金屬表面強化常見的粉末擴滲技術進行了改良,提出了可重復利用的粉末擴滲劑,極大提升了粉末擴滲技術的安全、便捷、綠色環保和資源節約。相關研究成果在國際學術期刊Journal of Cleaner Production發表。 

      鎂合金是一種最輕的金屬結構材料,其應用能明顯降低結構件重量及交通工具能源消耗。但鎂合金耐蝕性差,為促進鎂合金在強腐蝕海洋環境中的應用,需對其進行表面強化。 

      粉末擴滲是一種常見的金屬表面強化方法,通常采用金屬粉末作為滲劑,使金屬粉末中的金屬元素擴散滲透進入金屬基體表面,從而形成耐蝕金屬涂層。傳統粉末擴滲過程需將待滲件和金屬粉末置于密閉裝置、惰性氣氛或真空氣氛中,在一定溫度下保溫一段時間繼而形成金屬涂層。但該方法有其局限性:密閉狀態下如若擴滲體系中有氣體生成,可能會使密閉容器炸裂;真空和惰性氣氛提升了對熱處理設備的要求,增加了能源和資源消耗;大規模生產時采用純金屬粉末作為滲劑,如操作不規范且通風不良,金屬粉末在密閉空間內彌散,可能引發燃爆。 

      海洋所黃彥良課題組針對粉末擴滲表面處理技術持續性開展研究,成功去除了粉末擴滲對于密閉、真空或惰性氣氛的要求,提出采用氯化物作為催滲劑,即可在大氣氣氛下開展表面強化。繼而,團隊又首次提出不采用純金屬粉末作為鎂合金表面滲劑,僅采用氧化物作為擴滲金屬元素的來源,極大提升了粉末擴滲的安全性。氧化物中的金屬離子已經處于氧化態和穩定態,與遇火即燃的鋁粉和鋅粉等金屬粉末區別巨大,運輸及保存便利,且價格更為低廉。 

      近期,團隊研究提出了可重復利用的粉末擴滲劑。該粉末擴滲劑以安全環保的堿式氯化物為基,其可利用時長相較傳統粉末擴滲劑明顯提升。傳統粉末擴滲劑由于含有金屬粉末,而金屬粉末極易氧化,僅僅一個擴滲周期后即須棄置。而本研究提出的粉末擴滲劑可在多個擴滲周期中反復使用,無需中途棄置,顯著減少了固體廢棄物,促進了綠色環保和資源節約。 

    可重復利用滲劑與傳統滲劑應用方式的區別

      海洋所路東柱助理研究員為文章第一作者和通訊作者。研究得到了侯保榮研究員、黃彥良研究員等的指導,和山東省重點研發計劃、青島市科技計劃、南通市科技計劃等項目的資助。 

           

      相關文章及鏈接:

      Dongzhu Lu, Quantong Jiang, Xiumin Ma, Liang Fan, Yanliang Huang, Baorong Hou, Zinc chloride hydroxide - A recyclable diffusion source for fabrication of zinc rich coatings on magnesium alloys, Journal of Cleaner Production. 344 (2022) 131066. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131066.

      Dongzhu Lu, Quantong Jiang, Xiumin Ma, Kuikui Wang, Xiaole Fu, Yanliang Huang, Baorong Hou, Characterization of Zn in a polycrystalline MgO film, Materials Characterization. 173 (2021) 110955. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.110955.

      Dongzhu Lu, Xiumin Ma, Yanliang Huang, Fubin Ma, Jizhou Duan, Baorong Hou, Surface Alloying of a Magnesium Alloy with Zinc Oxide by Taking Advantage of the Permeability of the Magnesium Oxide Film, The Journal of Physical Chemistry C. 123 (2019) 24461–24468. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b03839.

      Dongzhu Lu, Yanliang Huang, Quantong Jiang, Meng Zheng, Jizhou Duan, Baorong Hou, An approach to fabricating protective coatings on a magnesium alloy utilising alumina, Surface and Coatings Technology. 367 (2019) 336–340. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.04.016. 


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