模擬深海環(huán)境下有機(jī)涂層-低合金鋼體系失效過程的研究.pdf

1、隨著陸地礦產(chǎn)資源被過度消耗,世界各國都把目光投向如何開采和利用深海中的礦產(chǎn)資源。有機(jī)涂層是深海環(huán)境中對海洋工程結(jié)構(gòu)防護(hù)的最重要手段之一。深海壓力會(huì)加速有機(jī)涂層的失效,也是導(dǎo)致海洋船舶、石油平臺(tái)、深潛器等損壞的原因之一。因此,對于深海環(huán)境中金屬的腐蝕行為和有機(jī)涂層失效機(jī)制的研究已成為當(dāng)前各國腐蝕科研人員極為關(guān)注的問題。本文主要以模擬深海壓力環(huán)境為實(shí)驗(yàn)背景,采用電化學(xué)方法以及物理測試技術(shù)研究了低合金鋼在不同海水壓力下的腐蝕電化學(xué)行為及微觀形

2、貌,又研究了完好和不同破損程度的有機(jī)涂層在模擬深海壓力下的劣化過程。采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)技術(shù)測試了電極的阻抗響應(yīng)隨浸泡時(shí)間的變化,據(jù)此建立相應(yīng)的等效電路模型,并根據(jù)等效電路對各阻抗譜進(jìn)行解析。同時(shí),將絲束電極(WBE)技術(shù)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)技術(shù)聯(lián)用研究了常壓海水浸泡條件下有機(jī)涂層的劣化過程。取得主要研究進(jìn)展和成果如下:
　　 (1)首先,研究了低合金鋼在不同海水壓力下的腐蝕電化學(xué)行為及微觀形貌。結(jié)果表明,隨著海水壓力

3、的增大,兩種鋼均發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。深海壓力加速了兩種低合金鋼的陽極溶解速度。兩種鋼均由低壓下的均勻腐蝕變?yōu)楦邏合碌木植扛g,但腐蝕形貌有較大差異。高壓下的X鋼出現(xiàn)明顯的“淺碟狀”腐蝕坑,而高壓下的Y鋼出現(xiàn)了明顯的隧道形腐蝕坑。
　　 研究了2.5MPa的海水壓力下水在涂層中的傳輸行為。結(jié)果表明,浸泡初期水在涂層中的傳輸行為符合Fick擴(kuò)散定律。與常壓下水的傳輸行為區(qū)別在于,海水壓力加速了水向涂層內(nèi)滲入,縮短了涂層達(dá)到吸水飽和狀態(tài)所

4、需要的時(shí)間,進(jìn)而導(dǎo)致涂層在吸水飽和狀態(tài)持續(xù)時(shí)間縮短。涂層提前達(dá)到耐壓極限的時(shí)間即為“突變點(diǎn)”在InCc～t0.5曲線出現(xiàn)的時(shí)間。此后,涂層電容急劇增大,涂層完全失效。
　　 研究了2.5MPa的海水壓力下人工破損涂層的EIS響應(yīng)特征。結(jié)果表明,在相同破損率和相同浸泡時(shí)間條件下,海水壓力下涂層的阻抗值明顯比常壓下涂層的要小,同時(shí)隨浸泡時(shí)間延長,試樣的涂層電容呈增加趨勢,極化電阻不斷減小。高壓海水使水等侵蝕性物質(zhì)更易從破損處向涂層內(nèi)

5、部滲透,導(dǎo)致涂層與基體附著力降低,從而加速涂層失效。另外,總結(jié)了腐蝕產(chǎn)物在破損處的生成與堆積對不同壓力下破損涂層腐蝕進(jìn)程的影響。
　　 研究了海水交變壓力下有機(jī)涂層的劣化過程。結(jié)果表明,海水交變壓力加速了有機(jī)涂層的失效,其主要原因是交變壓力下水對涂層的滲透和逆滲透加速了涂層從基體金屬上的剝離。
　　 (2)結(jié)合WBE和EIS技術(shù)對涂層劣化的研究發(fā)現(xiàn),陽極電流在電極表面的長期存在說明電極表面的涂層存在缺陷,從而導(dǎo)致金屬發(fā)生