碳鋼和耐侯鋼在若干典型環(huán)境下的腐蝕行為研究.pdf

1、鋼鐵材料由于其優(yōu)良的性能而被應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域，成為最重要的結(jié)構(gòu)材料。碳鋼是鋼鐵材料的基礎(chǔ)之一，它不僅廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、鐵道、車輛、船舶和各種機械制造工業(yè)，而且在近代的石油化學(xué)工業(yè)、海洋開發(fā)等方面，也得到大量使用。然而，碳鋼在強腐蝕介質(zhì)、大氣、海水、土壤中都不耐腐蝕，絕大多數(shù)酸、堿、鹽的水溶液對碳鋼均有很強的腐蝕性。鋼鐵的腐蝕造成的經(jīng)濟危害和社會危害巨大，且對鋼鐵材料的防護費用非常高昂。幸運的是，在碳鋼中添加少量合金元素，可以

2、得到價格低廉、耐蝕性能較好的耐候鋼。目前，耐候鋼的耐大氣腐蝕性能已達到普通鋼材的2-8倍，被廣泛應(yīng)用于建筑及交通運輸領(lǐng)域。作為重要的工業(yè)材料，碳鋼和耐候鋼的腐蝕行為和防護的研究日益受到重視。本論文以碳鋼和耐候鋼為研究對象，采用微區(qū)電化學(xué)手段和多種宏觀電化學(xué)手段，結(jié)合物理表征，對薄液膜下的耐候鋼、銹層覆蓋的鋼以及人工鈍化膜覆蓋碳鋼的腐蝕行為進行了詳細的研究。本論文的主要研究工作內(nèi)容和成果包括:
　　采用電化學(xué)阻抗譜（Electroc

3、hemicalImpedanceSpectroscopy,EIS），陰極極化曲線，電化學(xué)噪聲（ElectrochemicalNoise，EN）等電化學(xué)手段，結(jié)合掃描電鏡/能譜儀(SEM/EDS)，X射線衍射(XRD)和拉曼光譜（RamanSpectrum）等考察了不同相對濕度(RelativeHumidity，RH)和液膜厚度薄液膜下耐候鋼的腐蝕行為。結(jié)果表明腐蝕初期液膜厚度為100μm時的腐蝕速率最大，其次是200μm和50μm，40

4、0μm液膜下腐蝕速率次之，本體溶液中最小。在100和50μm之間有一個電流密度極大值對應(yīng)的液膜厚度。50μm液膜厚度下受陽極控制，其余液膜厚度下均受氧的擴散控制。腐蝕中后期，由于液膜厚度的減薄和銹層的生成，腐蝕行為變得復(fù)雜:對于50和100μm薄液膜，由于腐蝕初期的快速反應(yīng)，腐蝕產(chǎn)物在電極表面堆積，腐蝕中后期受陽極控制，腐蝕速率下降;對于200μm薄液膜，在75％和85％RH下的腐蝕行為類似于50和100μm薄液膜，腐蝕中后期，腐蝕速率

5、下降，在97％RH下，腐蝕速率持續(xù)上升，但因銹層致密度提高，上升幅度減小;對于400μm薄液膜和本體溶液中，氧的供應(yīng)不足，銹層疏松多孔，腐蝕速率持續(xù)上升，腐蝕后期，液膜減薄到一定程度，氧的供應(yīng)雖逐漸增多，但銹層逐漸加厚，腐蝕速率上升幅度減小。液膜厚度小于400μm時75％RH下銹層疏松多孔，85％和97％RH下相對較為致密，相對濕度和腐蝕試驗時間對銹層的致密性有重要影響。
　　應(yīng)用微區(qū)電化學(xué)技術(shù)掃描電化學(xué)顯微鏡(ScanningE

6、lectrochemistryMicroscopy,SECM)和宏觀電化學(xué)技術(shù)如EIS，陰極極化曲線，結(jié)合SEM/EDS和XRD物理表征，考察并比較了干濕循環(huán)條件中銹層下碳鋼和耐候鋼的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)實驗初期，兩種鋼的腐蝕行為相似，形成的銹層降低了Fe陽極溶解速率，從而提高碳鋼和耐候鋼的耐蝕性能;后期形成的銹層由于其組成和結(jié)構(gòu)特征的變化，兩種鋼的腐蝕速率均增加;不同的是耐候鋼的腐蝕速率較碳鋼大，且自身銹層還原也較碳鋼強，有利于銹層的形成，

7、從而有利于長期的防護，但耐候鋼的銹層在短期內(nèi)并沒有很好的保護性。兩種鋼的銹層在干濕循環(huán)條件下均不夠致密，呈疏松多孔狀，其組成主要有晶態(tài)的γ-FeOOH，F(xiàn)e3O4和γ-Fe2O3等。在實驗周期內(nèi)，銹層處于非穩(wěn)定狀態(tài)，相同干濕循環(huán)條件下，耐候鋼的銹層較碳鋼厚，后期較碳鋼銹層致密。
　　采用SECM和宏觀電化學(xué)手段EIS，Mott-Schottky測試，以及XPS、光學(xué)顯微鏡研究了不同電位下生成的碳鋼鈍化膜的電化學(xué)性質(zhì)及耐蝕性，發(fā)現(xiàn)碳

8、鋼在硼酸緩沖溶液中生成的鈍化膜對成膜電位有依賴性。隨著成膜電位的正移，鈍化膜表面電化學(xué)反應(yīng)活性降低。宏觀電化學(xué)分析表明隨著成膜電位的正移，電化學(xué)反應(yīng)電阻增大，點缺陷密度降低，膜的導(dǎo)電性降低。在NaCl溶液中，0.7V電位下的鈍化膜溶解較均勻，與其多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。0.3V電位下生成的鈍化膜的腐蝕速率最小，而0.7V電位下的其次，這是由于后者的多孔結(jié)構(gòu)以及在含Cl-溶液中失去了自修復(fù)功能導(dǎo)致。-0.1V電位下的鈍化膜腐蝕速率最快，在NaCl溶