液相狀態(tài)對(duì)A3鋼大氣腐蝕行為影響及作用機(jī)制的研究.pdf

1、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(duì)穩(wěn)定，只有液相會(huì)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(duì)大氣腐蝕速度產(chǎn)生重要的影響。大氣腐蝕的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是，由于干濕交替作用的影響，形成的腐蝕產(chǎn)物由于無(wú)法及時(shí)遷移會(huì)快速沉積在金屬表面，進(jìn)而對(duì)大氣腐

2、蝕過(guò)程產(chǎn)生一系列影響。因此，研究液相狀態(tài)對(duì)腐蝕速度的影響以及帶銹碳鋼薄液膜下的腐蝕過(guò)程，對(duì)研究大氣腐蝕過(guò)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(duì)A3鋼初期腐蝕行為的影響。陣列電極技術(shù)可以直接測(cè)定不同條件下金屬表面的電流值，是一種簡(jiǎn)單可靠的大氣腐蝕研究方法，可實(shí)現(xiàn)大氣腐蝕的原位電化學(xué)信息監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，液膜厚是影響A3鋼腐蝕速度的主要原因。對(duì)不同濃度的侵蝕性電解

3、質(zhì)，擴(kuò)散層的厚度均約為500μm，液膜厚度大于500μm時(shí)，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(shí)，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(shí)，陽(yáng)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(duì)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(duì)應(yīng)的液膜厚度則逐漸增大。
　　在薄液膜實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

4、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(duì)A3鋼腐蝕行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于不同尺寸的液滴，其腐蝕過(guò)程和機(jī)理相同，液滴下的電流分布均呈現(xiàn)為邊緣陰極和中心陽(yáng)極，陰極反應(yīng)生成的OH-向液滴中心遷移，中心陽(yáng)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(duì)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(shí)，液滴個(gè)數(shù)越

5、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(shí)現(xiàn)多液滴下腐蝕過(guò)程的同步測(cè)量，因此，在分散液滴實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了液相分散程度對(duì)A3鋼大氣腐蝕影響的機(jī)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(shí)，液滴的總周長(zhǎng)與液滴個(gè)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(guò)程中對(duì)A3鋼的大氣腐蝕過(guò)程具有重要的影響。本工作進(jìn)一步

6、通過(guò)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(guò)程中的轉(zhuǎn)化和作用機(jī)理。當(dāng)覆蓋銹層的金屬表面被浸潤(rùn)時(shí)，腐蝕產(chǎn)物中活性較高的γ-FeOOH將參與腐蝕過(guò)程，一是在潤(rùn)濕初期γ-FeOOH作為氧化劑直接消耗金屬陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的電子，二是γ-FeOOH的還原產(chǎn)物γ-Fe·OH·OH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，