發(fā)布時間：2020-11-06 16:42

　　 大氣腐蝕是最廣泛存在的腐蝕形式,它是一種氣／液／固多相共存的復(fù)雜腐蝕體系。由于氣相和固相相對穩(wěn)定,只有液相會在大氣環(huán)境作用下發(fā)生顯著的變化,因而金屬表面的液相狀態(tài)是影響大氣腐蝕的重要因素。金屬表面液相狀態(tài)的變化主要表現(xiàn)為液膜厚度的增減、液膜電解質(zhì)濃度的改變以及液相分散程度的變化,這些因素的變化對大氣腐蝕速度產(chǎn)生重要的影響。大氣腐蝕的另一個顯著特點是,由于干濕交替作用的影響,形成的腐蝕產(chǎn)物由于無法及時遷移會快速沉積在金屬表面,進(jìn)而對大氣腐蝕過程產(chǎn)生一系列影響。因此,研究液相狀態(tài)對腐蝕速度的影響以及帶銹碳鋼薄液膜下的腐蝕過程,對研究大氣腐蝕過程具有重要的意義。本研究工作首先采用陣列電極技術(shù)并結(jié)合電化學(xué)電化學(xué)阻抗譜技術(shù),研究了液膜厚度和電解質(zhì)濃度對A3鋼初期腐蝕行為的影響。陣列電極技術(shù)可以直接測定不同條件下金屬表面的電流值,是一種簡單可靠的大氣腐蝕研究方法,可實現(xiàn)大氣腐蝕的原位電化學(xué)信息監(jiān)測。結(jié)果表明,液膜厚是影響A3鋼腐蝕速度的主要原因。對不同濃度的侵蝕性電解質(zhì),擴散層的厚度均約為500μm,液膜厚度大于500μm時,腐蝕速度與全浸狀態(tài)下基本相同。當(dāng)液膜厚度小于500μm時,腐蝕速度隨液膜厚度的減小快速上升。當(dāng)液膜厚度很薄時,陽極反應(yīng)速度將成為腐蝕反應(yīng)的速度控制步驟,電流快速減小,腐蝕速度隨液膜厚度的減小而快速下降,并在腐蝕控制步驟轉(zhuǎn)變處出現(xiàn)腐蝕速度的極大值。對于不同的腐蝕體系,當(dāng)電解質(zhì)侵蝕性降低,腐蝕電流的極大值也將逐漸減小,電流極大值對應(yīng)的液膜厚度則逐漸增大。在薄液膜實驗基礎(chǔ)上,同樣采用陣列電極技術(shù),結(jié)合體視顯微鏡觀察,研究了液相分散程度對A3鋼腐蝕行為的影響。實驗結(jié)果表明,對于不同尺寸的液滴,其腐蝕過程和機理相同,液滴下的電流分布均呈現(xiàn)為邊緣陰極和中心陽極,陰極反應(yīng)生成的OH-向液滴中心遷移,中心陽極反應(yīng)生成的Fe2+向液滴邊緣遷移,兩者結(jié)合生成Fe(OH)2,生成的Fe(OH)2被快速氧化為紅褐色的Fe(OH)3。但液相分散程度對液滴下的大氣腐蝕速度具有顯著影響,當(dāng)金屬表面的電解質(zhì)總量一定時,液滴個數(shù)越多,即液相分散程度越高,則陰極快速反應(yīng)區(qū)面積越大,造成的腐蝕也越嚴(yán)重。陣列電極技術(shù)可以實現(xiàn)多液滴下腐蝕過程的同步測量,因此,在分散液滴實驗基礎(chǔ)上,建立了液相分散程度對A3鋼大氣腐蝕影響的機理模型,當(dāng)液滴數(shù)量與液滴半徑滿足基本的分形定律基礎(chǔ)時,液滴的總周長與液滴個數(shù)存在定量關(guān)系,A3鋼腐蝕速度與液相分散程度成正比。干濕循環(huán)是常見的大氣腐蝕現(xiàn)象,金屬表面的腐蝕產(chǎn)物在干濕循環(huán)過程中對A3鋼的大氣腐蝕過程具有重要的影響。本工作進(jìn)一步通過電化學(xué)研究方法和物理表征手段,研究了帶銹碳在大氣腐蝕過程中的轉(zhuǎn)化和作用機理。當(dāng)覆蓋銹層的金屬表面被浸潤時,腐蝕產(chǎn)物中活性較高的γ-FeOOH將參與腐蝕過程,一是在潤濕初期γ-FeOOH作為氧化劑直接消耗金屬陽極反應(yīng)產(chǎn)生的電子,二是γ-FeOOH的還原產(chǎn)物γ-Fe-OH-0 H具有導(dǎo)電性,能夠作為溶解氧還原反應(yīng)的活性區(qū)從而增大陰極反應(yīng)區(qū)的面積,使碳鋼的腐蝕速度顯著增加。當(dāng)電極表面干燥后,γ-Fe·OH·OH被重新氧化形成γ-FeOOH,并在下一個干濕循環(huán)過程的潤濕階段重新參與腐蝕反應(yīng),活性腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致帶銹碳鋼的大氣腐蝕速度大大增加。本工作據(jù)此建立了帶銹碳鋼在薄液膜下的大氣腐蝕過程模型。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG172.3;TG142
【部分圖文】：

金屬表面往往伴隨有氣／液相交替轉(zhuǎn)化，多種環(huán)境參與反應(yīng)過程，腐蝕產(chǎn)物的沉積和相變也使大氣腐蝕界面上的電雜，干濕交替變化是一種典型的大氣腐蝕特征＾６３’８２’８３３。實驗室內(nèi)蝕實驗方法如圖１－３所示ｔ８４３。??

Ｆ＂ｉｇ．?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?１：ｈｅ?ｗｉｒｅ?ｂｅａｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??３．２．２薄液膜實驗裝置??薄液膜實驗裝置如圖３－２所示，該裝置主要由水平支撐臺、控制液膜厚度的??ｉ?電解池Ｗ及標(biāo)定液膜厚度的電流測量回路組成。進(jìn)行實驗時，首先將電解池放置??．１??在水平臺上，然后將工作電極水平固定在電解池中也，通過水平儀調(diào)整水平，使??ｊ?其工作面水平向上。之后向電解池中添加電解質(zhì)溶液，在工作電極表面形成一層??均勻穩(wěn)定的薄液膜。??電流測量回路主要包括：千分尺，不誘鋼鋼針，電阻（ｌＯＯｋＱ，降低回路中??Ｉ?極化電流），１．５?Ｖ干電池和安培表。電流測量回路中，工作電極連接千電池的陰??極，Ｗ減小厚度標(biāo)定過程中極化作用對電極表面狀態(tài)的影響。液膜厚度標(biāo)定時，??旋轉(zhuǎn)千分尺使不鎊鋼鋼針向液面靠近，當(dāng)鋼針接觸到液面時，安培表出現(xiàn)電流示??數(shù)

３．３．１浸泡巧間對Ａ３鋼巧蝕速度的巧晌??在分析液膜厚度對腐蝕速度的影響前，首先測定了腐蝕速度隨腐蝕時間的變??化。圖３－３為陣列電極在海水中全浸不同時間后的表面電流分布圖，從圖中可Ｗ??看出，在浸泡初期，電極表面的陰陽極電流分布有較大的隨機性，隨著浸泡時間??的延長，電極表面電流逐漸呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化，表現(xiàn)為陽極電流主要集中在電??極的中屯、，并占據(jù)電極表面的大部分區(qū)域，陰極電流則主要分布在電極的邊緣區(qū)??域，占據(jù)的電極面積也相對較少。??３３??
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本文編號：2873390