液相狀態(tài)對A3鋼大氣腐蝕行為影響及作用機制的研究.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，形成的腐蝕產物由于無法及時遷移會快速沉積在金屬表面，進而對大氣腐

2、蝕過程產生一系列影響。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并結合電化學電化學阻抗譜技術，研究了液膜厚度和電解質濃度對A3鋼初期腐蝕行為的影響。陣列電極技術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信息監(jiān)測。結果表明，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

3、質，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。當液膜厚度很薄時，陽極反應速度將成為腐蝕反應的速度控制步驟，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變處出現(xiàn)腐蝕速度的極大值。對于不同的腐蝕體系，當電解質侵蝕性降低，腐蝕電流的極大值也將逐漸減小，電流極大值對應的液膜厚度則逐漸增大。
　　在薄液膜實驗基礎

4、上，同樣采用陣列電極技術，結合體視顯微鏡觀察，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，陰極反應生成的OH-向液滴中心遷移，中心陽極反應生成的Fe2+向液滴邊緣遷移，兩者結合生成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，當金屬表面的電解質總量一定時，液滴個數(shù)越

5、多，即液相分散程度越高，則陰極快速反應區(qū)面積越大，造成的腐蝕也越嚴重。陣列電極技術可以實現(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，當液滴數(shù)量與液滴半徑滿足基本的分形定律基礎時，液滴的總周長與液滴個數(shù)存在定量關系，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。本工作進一步

6、通過電化學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化和作用機理。當覆蓋銹層的金屬表面被浸潤時，腐蝕產物中活性較高的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產生的電子，二是γ-FeOOH的還原產物γ-Fe·OH·OH具有導電性，能夠作為溶解氧還原反應的活性區(qū)從而增大陰極反應區(qū)的面積，使碳鋼的腐蝕速度顯著增加。當電極表面干燥后，γ-Fe·OH·OH被重新氧化形成γ-FeOOH，