基于大氣腐蝕檢測(cè)儀的鋅在大氣環(huán)境中腐蝕行為的研究.pdf

1、由于鋅具有低的腐蝕電位和腐蝕速率，其成為鋼鐵腐蝕防護(hù)的理想材料。但在不同地區(qū)，鋅涂層的防腐效果千差萬別，壽命長(zhǎng)短不一。為尋找這些差別原因，以往通過對(duì)經(jīng)長(zhǎng)期暴露試樣腐蝕消耗量的測(cè)量、腐蝕產(chǎn)物的解剖觀察等方法，了解科學(xué)研究所需的信息。但是，受大氣環(huán)境復(fù)雜性和腐蝕失效周期過長(zhǎng)的限制，這種方法的有效性和時(shí)效性屢屢受到詬病。至今，還未能充分掌握鋅涂層在自然大氣中的腐蝕失效規(guī)律。
　　現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境加速腐蝕試驗(yàn)及其它間接的評(píng)價(jià)手段，所獲

2、數(shù)據(jù)量少、不能充分反映鋅的大氣腐蝕隨時(shí)間的變化過程，給研究鋅的大氣腐蝕帶來極大困難，且易產(chǎn)生大的誤差。開展長(zhǎng)期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、原位的評(píng)價(jià)成為研究金屬在大氣環(huán)境中腐蝕的大勢(shì)所趨。因此，本文針對(duì)鋅的大氣環(huán)境腐蝕開發(fā)了新型大氣腐蝕檢測(cè)儀(ACM)。該ACM選用了惰性碳膜做陰極材料，有效地消除了傳統(tǒng)ACM中陰極材料的同步腐蝕引起的電化學(xué)性能改變，三層疊加結(jié)構(gòu)使得電偶的陰極和陽極材料分別處在兩個(gè)平行平面上，避免了陽極腐蝕產(chǎn)物對(duì)陰極材料表面的影響，提

3、高了傳感器的一致性和使用壽命。配套開發(fā)的ACM檢測(cè)儀采用了固態(tài)電池和太陽能電池板的雙供電模式，并利用GPRS實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，減少了傳統(tǒng)暴露試樣法人工操作帶來的信息丟失和數(shù)據(jù)誤差，保證了鋅在真實(shí)大氣環(huán)境中腐蝕數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。經(jīng)野外環(huán)境、模擬環(huán)境及鋅表面改性等試驗(yàn)表明，該ACM能夠滿足長(zhǎng)時(shí)、連續(xù)、實(shí)時(shí)和原位的腐蝕檢測(cè)工作，是研究鋅在大氣環(huán)境中的腐蝕，掌握鋅的大氣腐蝕規(guī)律的有效手段。
　　多因子循環(huán)復(fù)合實(shí)驗(yàn)是模擬大氣環(huán)境腐蝕且具有加速

4、性和重現(xiàn)性的重要手段，是研究金屬大氣腐蝕規(guī)律的有效工具，目前還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范和成熟的產(chǎn)品。為此，本文開發(fā)了5因素的復(fù)合模擬環(huán)境腐蝕試驗(yàn)裝置，可精確調(diào)整、控制主要腐蝕影響因子和環(huán)境參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的加速效果。
　　本文采用野外大氣環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境相結(jié)合的方法，開展了Zn/C電偶型ACM的長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)和原位的檢測(cè)和熱浸鍍鋅試樣的腐蝕試驗(yàn)，研究了大氣環(huán)境溫度、濕度對(duì)鋅腐蝕影響的規(guī)律;研究了環(huán)境中Cl-加速鋅腐蝕作

5、用機(jī)制和對(duì)鋅腐蝕動(dòng)力學(xué)影響的規(guī)律和特征;研究了環(huán)境中SO2中間產(chǎn)物在鋅腐蝕中的競(jìng)爭(zhēng)作用和鋅腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律和特征。結(jié)論如下:
　　鋅在大氣環(huán)境中的腐蝕速率受溫度與濕度的聯(lián)合作用影響。隨溫度和濕度的升高，鋅的腐蝕速率都會(huì)增大，其中濕度對(duì)腐蝕速率的影響作用較溫度明顯。并且溫度和濕度兩者之中的任何一個(gè)的升高都會(huì)加大另一個(gè)對(duì)鋅腐蝕速率的影響程度，即溫度和濕度對(duì)鋅腐蝕的影響存在耦合聯(lián)動(dòng)作用機(jī)制。依據(jù)鋅在模擬環(huán)境中的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的溫度、濕度

6、對(duì)鋅溶解耦合影響的二元二次數(shù)學(xué)模型，得到了野外環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。與潤(rùn)濕時(shí)間(TOW)模型相比，耦合影響模型可更精確地反映大氣環(huán)境中溫度、濕度對(duì)鋅腐蝕行為的影響規(guī)律。
　　鋅在不含侵蝕性離子大氣環(huán)境中的腐蝕，經(jīng)歷了腐蝕初期階段電極反應(yīng)控制的活化溶解到混合控制直至擴(kuò)散控制的演變過程。經(jīng)長(zhǎng)期腐蝕后的鋅在無侵蝕性離子環(huán)境中的腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律遵循冪函數(shù)模型。
　　在含Cl-的大氣環(huán)境中，由于表面有鹽的沉積，鋅的腐蝕能夠一直保持活化溶解

7、狀態(tài)。隨腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，鋅腐蝕產(chǎn)物不能形成有效阻擋層，因而鋅在該環(huán)境中的腐蝕動(dòng)力學(xué)呈線性規(guī)律特征。由于Cl-在鋅表面的吸附，使雙電層形成非線性電位區(qū)，降低了鋅脫離基體的位能趨勢(shì)，使得鋅溶解活化能降低。隨Cl-濃度增加，鋅溶解速率增大。當(dāng)Cl-吸附率達(dá)到極限值時(shí)，鋅溶解速率最大，繼續(xù)增大Cl-濃度，鋅的溶解會(huì)受到阻礙，溶解速率反而降低。
　　在含SO2的大氣環(huán)境中，鋅的腐蝕除受酸化作用外，還受SO2中間產(chǎn)物SO32-和SO42-等離

8、子競(jìng)爭(zhēng)作用影響。SO32-在鋅表面形成難溶性亞硫酸鹽，其進(jìn)一步氧化為硫酸鹽非常困難，對(duì)鋅的溶解形成阻礙作用。SO42-對(duì)鋅的溶解有加速作用，其加速機(jī)制與Cl-大致相同。當(dāng)大氣中SO2濃度低于10ppm時(shí)，四價(jià)硫轉(zhuǎn)化為六價(jià)硫的比例較高，以SO42-的作用為主，鋅溶解速率較大。SO2濃度增大，四價(jià)硫轉(zhuǎn)化為六價(jià)硫比例降低，SO32-作用增強(qiáng)。當(dāng)濃度達(dá)到10ppm時(shí)，SO32-在鋅表面的吸附達(dá)到極值，鋅溶解速率下降到谷值。SO2濃度繼續(xù)升高，超