金属材料大气腐蚀研究进展概要
大气腐蚀
姓名：段平学号：2010214145 科目：腐蚀与材料保护指导老师：陈存华大气腐蚀的研究进展摘要：大气腐蚀是指在环境温度下由于空气中的水气、氧气以及污染物质等的电化学或者化学作用而引起的金属腐蚀，电化学腐蚀是由潮湿大气所引起的，即金属表面存在着许多肉眼看不见的薄膜液层和凝结水膜层，大气腐蚀主要是氧通过金属表面所形成液膜的扩散，而发生氧去极化的腐蚀。
而化学腐蚀是由于干大气所引起的。
关键词：大气腐蚀；种类；原因；影响；金属；措施正文：一、大气腐蚀的种类通过大气含水的多少可以将大气腐蚀分为三种。
（1）干的大气腐蚀：空气十分干燥，金属表面上不存在水膜,金属的腐蚀属于常温氧化。
（2）潮的大气腐蚀：Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的薄液膜,随水膜厚度增加,V-迅速增大。
（3）湿的大气腐蚀：Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜，随水膜厚度增加，V-逐渐减小。
Rh指的是相对湿度。
还可以通过其他的条件进行分类，具体划分见下表：大气环境腐蚀分类腐蚀类型腐蚀速度（mm/a）腐蚀环境等级名称环境气体类型相对湿度（年平均）% 大气环境I 无腐蚀＜1.001 A ＜60 乡村大气II 弱腐蚀0.001～0.025AB 60～75＜60乡村大气城市大气III 轻腐蚀0.025～0.050 ABC＞7060～75＜60乡村大气城市大气工业大气IV 中腐蚀0.050～0.2 BCD＞7060～75＜60城市大气工业大气和海洋大气V 较强腐蚀0.2～1.0CD＞7060～75工业大气VI 强腐蚀1～5 D ＞75 工业大气腐蚀气体分级气体类型腐蚀物质名称腐蚀物质含量（mg/m3）气体类型腐蚀物质名称腐蚀物质含量（mg/m3）A 二氧化碳二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢＜2000＜5.5＜0.05＜0.01＜0.1＜0.1＜0.05C二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢10～2005～105～1005～251～55～10B 二氧化碳二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢＞20000.5～100.01～50.01～50.1～50.1～10.05～5D二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢200～100010～100＞10025～1005～1010～100注：当大气中同时含有多种腐蚀气体时，腐蚀级别取最高的一种或几种为基准。
金属材料腐蚀现象及其预测研究
金属材料腐蚀现象及其预测研究腐蚀是一种普遍存在的现象，对金属材料的失效具有极为严重的影响。
因此，对金属材料腐蚀现象的研究和预测具有极为重要的意义。
1. 金属材料腐蚀现象在大气中，铁和钢、锌等金属常发生腐蚀。
腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
化学腐蚀是指金属在一定介质中受到酸、碱、盐等物质的腐蚀作用，其腐蚀速度与金属材料的化学稳定性及介质中的腐蚀性介质的浓度、温度等因素有关。
电化学腐蚀是指金属在一定介质中，受到散在在质子或氢离子的电子加速聚集或离子和电子作用下的氧化还原反应，最终导致金属材料的腐蚀损失。
2. 金属材料腐蚀分类及形式金属材料的腐蚀可分为普通腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀三种。
普通腐蚀是指材料表面的均匀腐蚀，常见于金属表面长期暴露于大气中，例如铁的锈蚀。
局部腐蚀是指金属表面在局部区域受到腐蚀，而表面其他地方却未受腐蚀。
这种腐蚀现象通常由介质中的局部腐蚀初始点产生，进一步加速了区域内的金属腐蚀速度。
局部腐蚀的发生存在多种形式，如点蚀、区域腐蚀、柱状腐蚀等。
应力腐蚀则是指金属材料在受到应力的同时发生的腐蚀现象，由于应力的存在，破坏和腐蚀同时发生，其危害性更大。
3. 金属材料腐蚀预测研究为了准确地预测金属材料腐蚀情况，科学家们对金属材料腐蚀预测方法进行了深入的研究。
主要的预测方法包括电化学方法，及物相和表面分析等方法。
电化学方法是指利用电化学测试技术，对金属材料在介质中的电化学反应进行监测和分析。
这种方法的优点在于对于金属材料腐蚀预测的时效性、定量性和准确性有很好的表现。
物相和表面分析方法是指利用高分辨率电镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和荧光光谱等技术，对金属材料材料的微观结构、特性和组分进行分析和研究。
通过利用这些技术，可以准确地测量和掌握金属材料的表面化学形式，并精确地进行预测。
4. 金属材料腐蚀的防治技术为了防止金属材料的腐蚀，人们在生产、加工、应用金属材料的同时，采取了许多措施来减缓或阻止金属材料腐蚀的发生。
大气环境下金属材料腐蚀研究方法分析
大气环境下金属材料腐蚀研究方法分析作者：邢士波来源：《科技传播》2016年第14期摘要材料在大气中的腐蚀近年来广受关注，是多种腐蚀因素在大气环境下综合作用于材料表面的结果。
材料的腐蚀破坏致使装备、设施安全服役期缩短，安全性下降。
现有的研究资料表明我国因腐蚀造成的损失约占每年国民生产总值3%～4%。
本文对金属材料腐蚀试验方法进行了初步的探讨与分析。
关键词金属材料；试验；腐蚀中图分类号 TG115 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）167-0214-02材料在大气中的腐蚀近年来广受关注，是多种腐蚀因素在大气环境下综合作用于材料表面的结果。
材料的腐蚀破坏致使装备、设施安全服役期缩短，安全性下降。
因此详细研究了解材料在大气环境下的腐蚀特点及环境因素对材料腐蚀的影响规律已经逐渐成为材料科学领域中的重要研究方向。
本文对金属材料腐蚀试验方法进行了初步的探讨与分析。
1 金属材料的实际暴露腐蚀试验大气腐蚀研究方法是研究铝合金大气腐蚀规律的重要手段，近年来已取得较快发展。
铝合金模拟大气腐蚀主要是室外现场试验，它能够真实反映所在地区的腐蚀情况，数据直观可靠，也为室内研究加速腐蚀提供参考数据，使得加速腐蚀试验具有可比性。
材料在自然环境下的曝露腐蚀试验研究已有一百多年的历史，我国于1955年开始建立大气腐蚀试验网站，取得了大量有价值的研究成果。
国家自然科学基金重大项目“材料自然环境腐蚀”研究工作，完成了常用材料在我国10个主要典型大气环境下的腐蚀数据监测记录，以及在实验室中材料的腐蚀规律，户内户外腐蚀结果相关性，大气腐蚀测试等研究。
对材料室外实际暴露试验数据进行整理，并在实验室条件下进一步对材料腐蚀规律进行分析，结合暴露试验站点实际的环境气候和地理数据，可以有效真实的对材料进行实际腐蚀研究。
2 室内模拟大气加速腐蚀试验方法室外自然暴露试验得到的腐蚀数据直观、可靠，能反应腐蚀的实际情况，可获得户外自然环境下材料的腐蚀规律，可以评价试验环境下的材料寿命，为选材提供合理依据。
大气环境中SO2影响金属腐蚀的研究进展
我 国是 世界 上最 大 的煤 炭生 产 同和 消费 国 ，Ｏ Ｓ： 污 染十分 严重 ， 分地 区大 气 中的 为 ００ ／ ． ｍｇ 。 ２ ｍ 被 污染 的大 气 环境 不仅 危 害 人类 身体 健 康 ， 影
境 容量 的 ６ ％ｔ 。虽然 近两 年来 我 国 Ｓ ０ Ｏ 的排放 量 响 人们 的正 常生 活与 Ｔ作 ， 且对 建筑 、 属Ｔ 程结 而 金 有所 减少 ， 仍然 大 大 的超 出了环境 的承载 力 ， 但 被污 构 等 也带 来 了危 害 ， 加速 其 腐 蚀 ， 短 其使 用 寿 命 。 缩 染 大 气 【Ｓ ｝ Ｏ 的最 大 质量 浓 度 可 达 到 ０２ ｇ 而 据 资料 报道 １ 界上 因腐 蚀造 成 的金属 浪 费 ， 年经 Ｊ ． ｍ／ ， ７ ｍ ３ １ 世 其
第８ 卷
第２ 期
王丽媛等 ： 大气 环境 中 ｓ ０ 影响金属腐蚀 的研 究进展
・６ ３・
英 同 ３５ １本 １ ５ 加拿 大 ３ ． ％， ３ ． ％， ２ ％。我 国虽没 有精确
室内模拟实验虽然运用广泛 ， 但也存在缺点 ： 不
统计， 但估 计年 经济 损失约 占当年 国民经济 总产 值 的 能够 直接 反应 自然状 态 下 Ｓ ： 响 金属 的腐 蚀 ， 内 ０影 室 ４ ％。Ｓ ： Ｏ被公认 为 大气 中最重 要 的腐 蚀性 气体 ， 能 模 拟 实验 所 得 数据 与 自然 环境 中 的腐蚀 数 据存 在着
趋 势。
关键 词 ： Ｏ！ 金 属 ；大气腐蚀 ； Ｓ ； 环境 因素
中图分 类号 ： Ｇ１２３ Ｔ ７．
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ： ６ ２ ２ ２ ２ １ ）２ ０ ２ ０ １７ —９ ４ （０ １ ０ —０ ６ — ５
大气腐蚀实验报告
一、实验目的1. 了解大气腐蚀的基本原理和过程。
2. 探究不同环境条件下金属材料的腐蚀速率和腐蚀形态。
3. 评估防护措施对金属腐蚀的影响。
二、实验材料与设备1. 实验材料：低碳钢、不锈钢、铝合金、铜等金属材料。
2. 实验设备：实验台、腐蚀试验箱、电子天平、量筒、移液器、剪刀、砂纸等。
三、实验方法1. 实验步骤：（1）将实验材料切割成相同尺寸的小块，用砂纸打磨表面，去除氧化层。
（2）将处理好的材料分为若干组，每组材料分别暴露在不同的腐蚀环境中。
（3）定期观察并记录材料表面的腐蚀情况，包括腐蚀速率、腐蚀形态等。
（4）对部分材料进行防护处理，如涂覆防腐涂料、电镀等，然后重复步骤（3）。
2. 腐蚀环境设置：（1）干大气腐蚀：将材料暴露在干燥、清洁的室温环境中。
（2）潮大气腐蚀：将材料暴露在相对湿度大于60%的潮湿环境中。
（3）海洋大气腐蚀：将材料暴露在含盐分、湿度较大的海洋大气环境中。
四、实验结果与分析1. 干大气腐蚀：（1）实验结果显示，低碳钢、不锈钢、铝合金、铜等金属材料在干大气环境中腐蚀速率较慢，表面基本无腐蚀现象。
（2）腐蚀形态主要为氧化膜，厚度在1~4nm之间。
2. 潮大气腐蚀：（1）实验结果显示，金属材料在潮大气环境中的腐蚀速率明显加快，表面出现明显的腐蚀现象。
（2）腐蚀形态包括氧化膜、锈蚀、腐蚀坑等，腐蚀速率与材料种类、湿度等因素有关。
3. 海洋大气腐蚀：（1）实验结果显示，金属材料在海洋大气环境中的腐蚀速率最快，表面腐蚀现象最为严重。
（2）腐蚀形态包括氧化膜、锈蚀、腐蚀坑、白锈等，腐蚀速率与材料种类、湿度、盐分等因素有关。
4. 防护措施对腐蚀的影响：（1）实验结果显示，涂覆防腐涂料、电镀等防护措施可以有效降低金属材料的腐蚀速率，延长使用寿命。
（2）防护措施对腐蚀的影响与材料种类、涂层质量、防护层厚度等因素有关。
五、结论1. 大气腐蚀是金属材料在自然环境中的一种常见腐蚀现象，其腐蚀速率和腐蚀形态受多种因素影响。
碳钢大气环境腐蚀大数据研究及主要影响因素作用规律
碳钢大气环境腐蚀大数据研究及主要影响因素作用规律摘要：碳钢是一种常用的结构材料，在大气环境下容易发生腐蚀，导致结构失效。
针对碳钢大气环境腐蚀问题，本文从数据角度出发，分析了大量的腐蚀数据，揭示了主要的影响因素和作用规律。
研究表明，大气环境中的氧气、水分和盐分是导致碳钢腐蚀的主要因素，而温度和湿度则是影响腐蚀速度的重要参数。
此外，空气污染物、紫外线辐射等也会影响腐蚀过程。
研究成果对于提高碳钢的使用寿命、降低维护成本具有重要意义。
关键词：碳钢；大气环境；腐蚀；影响因素；作用规律引言碳钢是一种常见的结构材料，广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域。
然而，在大气环境下，碳钢容易受到腐蚀，从而导致结构失效，严重影响使用寿命和安全性能。
因此，研究和掌握碳钢在大气环境中的腐蚀特性和规律具有重要意义。
目前，国内外学者对碳钢大气环境腐蚀机理和影响因素进行了大量的研究，但是缺乏针对大量腐蚀数据的综合分析与归纳。
本文基于大量的实验数据，从数据角度出发，分析了碳钢在大气环境中的腐蚀特性和规律，并探讨了主要的影响因素和作用规律。
一、碳钢大气环境腐蚀特性碳钢大气环境腐蚀主要表现为钝化膜破坏和金属表面溶解。
钝化膜破坏是指在氧、水和其他腐蚀性介质的作用下，钝化膜受到损伤，从而导致基体的金属离子释放。
当环境中的氧、水和其他腐蚀性介质长期作用于钝化膜上时，钝化膜会逐渐破坏，金属表面出现裸露区域，进而引发金属表面的溶解。
二、影响因素分析（一）氧气氧气是导致碳钢大气环境腐蚀的重要因素之一。
在大气环境中，氧气是最丰富的元素之一，也是导致碳钢腐蚀的主要原因之一。
氧气可以和金属表面的铁离子形成氧化物，并形成稳定的钝化膜。
但是，长期暴露在氧气环境下，钝化膜容易破坏，金属表面会逐渐溶解。
（二）水分水分是碳钢大气环境腐蚀的另一个关键因素。
在大气中，含水量较高的环境会大大加速碳钢的腐蚀速度。
这是因为水分可以形成强烈的电解质，促进了钝化膜的破坏和金属表面的溶解。
锌及其合金的大气腐蚀研究现状
锌及其合金的大气腐蚀研究现状锌及其合金的大气腐蚀研究现状一、引言锌及其合金在工业生产和日常生活中广泛应用，但长期暴露在大气环境中容易受到腐蚀。
对锌及其合金的大气腐蚀行为进行研究具有重要意义。
二、锌及其合金的组成与特性1. 锌的组成与特性锌是一种化学元素，原子序数为30，属于过渡金属。
它具有良好的导电性和导热性，并且具有较高的抗腐蚀性能。
2. 锌合金的组成与特性锌合金是由锌和其他一种或多种元素组成。
常见的锌合金包括铝锌合金、镁锌合金等。
这些合金通常具有更高的强度和硬度，但相对于纯锌来说，它们可能会表现出不同的大气腐蚀行为。
三、大气环境中的腐蚀机制1. 湿润大气环境下的电化学腐蚀湿润大气环境中存在着水分和各种离子物质，这些物质可以导致锌及其合金发生电化学腐蚀。
在阳极反应中，锌会溶解成离子形式，并释放出电子。
而在阴极反应中，氧气和水会接受这些电子，形成氢气和氢氧根离子。
这种电化学腐蚀过程会导致锌及其合金的表面发生变化。
2. 大气环境中的化学腐蚀大气环境中存在着各种污染物，例如二氧化硫、盐类等。
这些污染物与锌及其合金表面形成化学反应产物，进而引发化学腐蚀。
二氧化硫会与锌反应生成硫酸锌，并在湿润条件下加速了锌的溶解速度。
四、影响大气腐蚀的因素1. 湿度湿度是影响大气环境中锌及其合金腐蚀的重要因素之一。
较高的湿度会导致更多的水分接触到材料表面，从而加速了电化学和化学反应。
2. 温度温度对大气腐蚀也有一定的影响。
一般来说，较高的温度会加速腐蚀过程，因为化学反应速率随温度的升高而增加。
3. 大气污染物大气中的污染物种类和浓度也会对锌及其合金的腐蚀产生影响。
不同的污染物可能引发不同的化学反应，进而导致不同的腐蚀行为。
五、锌及其合金的抗腐蚀措施1. 表面涂层在锌及其合金表面涂覆一层保护性涂层是常用的抗腐蚀措施之一。
这些涂层可以提供物理隔离和化学保护，从而减缓大气环境中的腐蚀过程。
2. 合金改性通过添加其他元素或改变合金配比，可以改善锌及其合金的抗腐蚀性能。
大气腐蚀研究动态与进展_王凤平
第12卷第2期 2000年03月 腐蚀科学与防护技术C ORR OSIONSC IENC E A ND PR OTEC TION TEC HN OLOGY Vol .12No .2 M ar .2000＊国家自然科学基金资助项目(59871051)收到初稿:1999-03-08,收到修改稿:1999-06-15作者简介:王凤平,男,1962年出生,博士,讲师大气腐蚀研究动态与进展＊王凤平张学元杜元龙(中国科学院金属腐蚀与防护研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110015)摘 要 对近20年来的大气腐蚀研究进行了综述,介绍了大气腐蚀的传统研究方法和电化学研究方法,分析并比较了这两种研究方法的优点和局限性,展望未来大气腐蚀的研究趋势.关键词 综述 大气腐蚀 研究方法 进展趋势中图分类号 TG172.3 文献标识码 A 文章编号 1002-6495(2000)02-0104-05THE REVIEW OF ATMOSPHERIC C ORROSION RES EARCHWANG Fengping ,ZH ANG Xueyuan ,DU Yuanlong(State Key Labo ratory fo r Co rro sion and Pr otection ,Ins titute o f Co rros ion and Pro tection of Metals ,The Chines e A cademy of Sciences ,Shenyang ,110015)ABSTRACT This revie w article summarizes the atmospheric corr osion research in the last twenty years throughout .It introduces approaches to atmospheric corrosion research -traditional techniques and electrochemical techniques ,analysing and c omparing their advantages and limitations .This article looks for ward to the future ofatmospheric c orrosion research .KEY WORDS r evie w ,atmospheric corrosion ,research technique ,progress 材料的大气腐蚀所造成的损失占全部腐蚀的一半[1].因此,开展大气腐蚀与防护对策的研究具有重要意义.美国试验与材料学会(AST M )自1916年便开始了大气腐蚀的研究,Larrabee [2,3,4]等先后进行大气腐蚀数据积累工作,总结腐蚀规律,探讨腐蚀机理.我国材料自然环境(大气、海水、土壤)腐蚀试验开始于20世纪50年代中期,1955年开始建立大气腐蚀试验网站,60年代中期至70年代末期试验一度中断.1980年我国大气、海水、土壤腐蚀试验网站全部恢复建设,开始了我国常用材料大气、海水、土壤环境中长期、系统的腐蚀试验研究[5],并取得了大量有价值的研究成果.本文是在上述工作和我们前期工作的基础上,综述近几十年来大气腐蚀研究动态及进展趋势.1大气腐蚀的传统研究方法大气腐蚀的传统研究方法包括大气环境暴露试验、室内加速腐蚀试验、表面腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析等等,传统的失重法一直是确定大气腐蚀速度的方法,在分析技术上主要借助于一些物理手段,如X -射线衍射分析(XRD )、扫描电镜(SE M )、电子探针法(E PMA )、X -射线光电子能谱法(XPS )等.1.1大气环境暴露试验大气环境暴露试验包括户外暴露试验和室内暴露试验.自然环境下的暴露试验一直是研究大气腐蚀最通常的试验方法.大气暴露试验的优点是较能反映现场实际情况,所得的数据直观、可靠.可以获得户外自然环境下金属的腐蚀特征、腐蚀规律,用来估算该环境下金属的使用寿命,为合理选材、有效设计和制定产品防护标准提供依据.一般来说,大气环境暴露试验周期长,而且试验结果是多种环境因素共同作用的反映.自1983年以来,我国采用大气环境暴露试验法做了大量的工作,取得了一批有价值的研究成果.这些工作主要体现在以下几个方面.1.1.1影响大气腐蚀的主要因素及腐蚀规律的研究[6～10] 现已普遍认为,影响大气腐蚀的主要环境因素有3个:温度在零度以上时湿度超过临界湿度的时间(润湿时间)、二氧化硫的含量、盐粒子的含量.1.1.2研究了不同合金元素对钢耐大气腐蚀的影响[11] 试验表明,合金元素铜对提高钢的耐大气腐蚀性能有显著的作用;稀土、钛、锰单独或复合存在时均能提高钢耐大气腐蚀性.低合金钢优于碳钢.低合金钢中,以16MnCuRe、15MnTiCu钢耐大气腐蚀性较好.从钢的种类来看,耐候钢如10Cr NiCuP 耐大气腐蚀性能优于A3钢;不含铜的沸腾钢耐蚀性均优于不含铜的镇静钢,而含铜沸腾钢与含铜镇静钢耐蚀性相近.1.1.3建立了材料大气腐蚀数据库及绘制了大气腐蚀图[8,12,13] 目前,通过大气暴露试验法已经建立全国8个不同气候环境地区的黑色金属、有色金属和涂镀层3大类材料的大气腐蚀数据库;绘制出辽宁省和海南省的大气腐蚀图.这些工作为国民经济各项建设工程提供了必需的基本信息.据报道,美国曾在523个城市进行为期25年的大气腐蚀调查,并绘制了大气腐蚀图[14].在我国大陆,迄今为止,这项工作尚未深入研究.1.1.4大气暴露试验数据的理论研究 在大气环境腐蚀性的预测上,汪轩义等[15]的研究表明,大气环境腐蚀性可以由大气环境腐蚀性综合因子N 来表示,它又由湿润因子f1、侵蚀因子f2、雨水酸度因子f3构成.即N=f1+f2+f3根据我国大气腐蚀试验网站积累的环境数据和材料腐蚀数据,运用统计聚类分析和回归分析等数学方法,得到下列关系式:R=A log N+BR为碳钢或低合金钢的第1年腐蚀率,N为大气环境腐蚀性综合因子,A、B为待定系数.大气环境腐蚀性综合因子的引入,使得能够运用常规环境因素数据定量评判大气腐蚀性的严重程度.N值越高,环境腐蚀性越强.汪轩义等人还发展了大气环境腐蚀性的模式识别技术[16],即在专家知识和经验的基础上,从获得的大量金属大气腐蚀数据出发,利用样本间的欧氏空间距离来实现模式识别.运用模式识别技术可以将有限地区的大气腐蚀数据来预测和评价有关地区的大气腐蚀性,为腐蚀工程建设提供有参考价值的数据.汪轩义等人还运用模糊数学综合评价方法[17],根据国际标准化组织ISO9223大气腐蚀性分级标准和我国大气腐蚀网站的腐蚀数据,对我国典型地区的大气腐蚀性进行了综合评价.作者认为,综合评价的结果较好地反映了我国典型地区大气环境的腐蚀性.此外,蔡建平等发展了应用人工神经网络技术预测碳钢和低合金钢的大气腐蚀性[18].唐其环用GM(11)模型、指数回归模型y=Ae Bx及幂函数回归模型y=AX B对低合金钢大气腐蚀速度进行了拟合及预测[19],发现低合金钢大气腐蚀符合幂函数的变化规律.梁彩凤等对7个试验站17种钢种的8年大气腐蚀试验数据,用逐步回归方法获得了主要化学元素含量与动力学回归方程D=A t n中系数A、n的关系式,探讨了合金元素对碳钢和普通低合金钢在大气中耐腐蚀性的影响[20].所有这些理论研究均涉及较复杂的数学知识及大量的计算,目的就是要建立具有显著影响的各项环境因子与大气腐蚀量及腐蚀时间关系的数学模型,从而建立不同地区金属材料大气腐蚀预测方程.1.2室内加速腐蚀试验室内加速腐蚀试验包括盐雾试验、膏泥腐蚀试验(Corrodkote试验)、电解腐蚀试验(E C法)、二氧化硫气体腐蚀试验和干湿交替复合循环试验等.其中盐雾试验被认为是模拟海洋大气对不同金属(有保护涂层或无保护涂层)作用的最有用的实验室加速腐蚀试验方法,并且与室外大气腐蚀试验具有良好的相关性[21];膏泥腐蚀试验主要适用于Cr、Cu-Ni-Cr 和Ni-Cr镀层的加速腐蚀试验.一般认为60年代发展起来的泥膏腐蚀试验具有过程快速、重现性好、与室外大气试验相关性好等优点,因此,ASTM B368已正式将其列入装饰性多镀层铬腐蚀试验标准,我国也建立了相应的国家标准GB6465-86《金属和其他无机覆盖层腐蚀膏腐蚀试验(CORR试验)》.二氧化硫气体腐蚀试验是一种快速的工业性气体腐蚀试验方法,通常以SO2来模拟工业城市大气进行人工加速腐蚀试验.只要在试验时适当控制SO2气体的浓度、温度和湿度,就能取得满意的试验结果.我国国家标准GB2423.19-81规定了评定含SO2大气对金属镀层的触点和接触特性的影响的试验方法.因为大气腐蚀是一种干湿交替循环的过程,所以干湿1051期 王凤平等:大气腐蚀研究动态与进展交替复合循环试验也是室内加速腐蚀试验常用的方法之一[22,23],用它可以研究低碳钢的大气腐蚀过程及各种介质的影响,能较好地再现现场试验的腐蚀规律.一般而言,室内加速腐蚀试验常用的试验装置主要有盐雾箱、湿热箱、二氧化硫腐蚀试验箱及浸渍干湿交替复合循环试验机.长期以来在试验装置上未有大的改进,目前中科院腐蚀所正在设计加工一种新型大气腐蚀试验箱,称做模拟腐蚀综合试验箱.它的特点是集盐雾箱、湿热箱、SO2腐蚀试验箱及干湿交替复合循环试验机于一身,另外还可以用它研究紫外线对一些材料(如高分子材料)腐蚀的影响.相信它的问世将极大促进室内加速腐蚀试验的研究.如何设法在研究金属的表面获得有一定厚度、分布基本均匀、而且易于控制重现的水膜,这是大气腐蚀加速试验的关键.为此,徐乃欣等人提出一个加速大气腐蚀试验的新方案[24],即在金属试片表面覆盖一层镜头纸,由于纸质疏松造成的毛细作用,会产生有相等厚度、分布基本均匀且易于控制重现的水膜.试验证明,此种方法对室内加速腐蚀试验的研究有非常好的效果.室内加速腐蚀试验主要用于评价大气环境中金属的耐蚀性以及涂层对基体金属的保护程度.2大气腐蚀的电化学研究方法金属的大气腐蚀是电化学腐蚀的一种特殊形式,是金属表面处在薄层电解质液膜下的电化学腐蚀过程.因此,大气腐蚀过程既服从电化学腐蚀的一般规律,又具有大气腐蚀的特点.运用电化学方法研究金属的大气腐蚀始于20世纪50年代后期[25],这一领域的开拓者是俄国的Tomashov及加拿大的Sereda等人.我国大气腐蚀的电化学研究始于80年代后期,起步较晚.尽管近年来在这一领域的研究做了一些工作,取得了一些研究成果,但与世界发达国家(如瑞典、美国、英国、日本)相比尚有较大的差距.现将国内这一方面的研究工作综述如下.2.1大气腐蚀监测电池AC M测量金属在气体环境中腐蚀速度的快速方法主要有两类:第一类是电阻探针,即利用金属腐蚀后电阻变化来反映腐蚀状况.这种探头结构简单,但测量数据的可靠性较差,而且不能反映瞬间腐蚀速度的变化.第二类是电化学探测电池,即所谓的大气腐蚀监测电池AC M(Atmospheric Corrosion Monitor),它是根据薄膜电化学电池的电流讯号来反映大气环境腐蚀性强弱.这类电池探头自50年代由Tomashov 等[26]引入大气腐蚀研究后,60年代经Sereda和Guttma、70年代经Kucera、Mattson及Mansfeld等的不断研究和发展,已成为一种比较成功的大气腐蚀研究工具.ACM又分为两种类型:一种是双电极原电池式的ACM,另一种是三电极电解电池式的ACM.双电极式AC M是由两种不同种类的多个金属薄片(如Fe-Cu,Fe-Zn等)交替排列组合而成, W AWAWAWA...,其中W代表工作电极(如Zn),A 代表辅助电极(如Fe)[25].每一片金属都用绝缘物(如聚酯薄膜,聚四氟乙烯膜或树脂等)隔开,并将其中的同一材料并接引出,然后用环氧树脂浇铸封闭,最后打磨,裸露出金属片截面,以便薄层水膜能在该截面上形成.只要将这种AC M连接到恒电位仪(充当零阻电流表)上,便可测量阳极金属的耐蚀性以及牺牲阳极法对阴极的保护能力[27].三电极式ACM是由同一种金属片按[AWRW A]n排列方式组合而成,R代表参比电极.组合方式与双电极ACM相似.三电极式AC M常用于测量电化学参数,如阻抗、腐蚀电流、Tafel斜率等,这种类型的AC M也是研究大气腐蚀机理强有力的工具.但是,G W Walter等加工的ACM在实际应用中仍然存在不少问题.首先,国外较多采用的Fe-Cu双电极ACM,所测试验数据结果的平行性、重现性和反映环境变化的灵敏度都不够好.其次,AC M试验尚未建立标准试验方法,因此,徐俊丽等对双电极的ACM进行了改进,并在大气腐蚀的影响因素等方面做了大量的研究[28].改进后的双电极AC M采用阴阳极片各10片,极片尺寸为80mm×8mm×0.5mm,采用环氧树脂绝缘各金属片,用镶嵌连接解决短路及缝隙腐蚀问题.研究表明,改进后的ACM可精确地控制工作表面积,性能稳定,使用寿命长.文献[28]在比较了Fe-Cu和Fe-Zn两种电极的各种性能后认为,Fe-Zn电池在电池的平行性、重现性和灵敏度等方面都优于Fe-Cu电池.主要原因是Fe-Cu电池中的Fe表面易生成一层腐蚀产物,使腐蚀速度明显降低,其腐蚀规律呈抛物线形式.而Fe-Zn 电池作为阳极的Zn,当环境条件一定时,其腐蚀速度不随时间变化.翁永基等人则在三电极AC M电池方面做了大量工作[29].首先,在瑞典腐蚀所(SCI)研制的大气腐106腐蚀科学与防护技术 12卷蚀探测电池AC M的基础上,研制了一种多孔薄板式的电池探头[30].该电池探头具有许多优点:首先,由于电极金属片开有多孔,增加了与气体的接触面积,提高了金属片的利用率,因此,电极金属片数量可以显著减少,不仅结构简单、制造方便、成本降低,而且还容易保证所用的金属片在物化性能上的均匀一致;其次,探头可采用夹具固定成拆卸式,不仅使用方便,还可扩大使用范围,如研究抗气体腐蚀的防锈油脂、涂料及缓蚀剂的性能;第三,采用了透气性好的薄膜作绝缘隔膜,进一步提高了极板的利用率.除了对AC M做了一系列研究之外,我国一些科研单位还专门研制了商品化的智能大气腐蚀监测仪[31,32],只要将ACM和该仪器连接,便可在无人看管的情况下,自动测量大气环境的腐蚀性,并可和计算机进行数据通讯,完成数据处理等工作.2.2金属在薄层液膜下腐蚀的电化学行为金属在薄层液膜下腐蚀的电化学行为的研究,早已受到国内外的重视.常用的研究手段包括:双电极或三电极AC M测量技术;微参比电极前置法或后置法测量技术;Kelvin探头测量技术等.2.2.1用AC M探头研究金属的大气腐蚀 使用双电极或三电极ACM仍是目前大气腐蚀的主要研究手段[29,33,34,35].主要进行了下列几方面的研究.(1)相对湿度它是决定大气腐蚀速率的最重要的因素.金属在超过临界相对湿度后,腐蚀速率急剧增加.大气湿度越大,金属腐蚀随湿度变化的敏感性越大. Mansfeld[36]所得到的大气腐蚀速度与湿度存在近似指数关系V=a e bRH.(2)污染物[34]污染物的存在能加速大气腐蚀,SO2、Cl2、H2S和O3是促进水膜下金属腐蚀的重要因素.许多学者都研究过潮湿SO2对腐蚀的加速反应[34].他们认为SO2可能改变金属表面电解液膜的pH值而提高腐蚀率;金属大气腐蚀速率与SO2含量有很大关系[33];腐蚀产物及污染物的作用会降低某一材料的“临界相对湿度”.(3)盐粒沉降文献[33]的研究结果表明:电解液类型对金属大气腐蚀速率有明显的影响,见表1.研究的几种盐中,NaCl导致的腐蚀最严重,其它的影响顺序是NaSO4>NaSO3>H2O.还指出,在薄膜下,金属的腐蚀电流大大高于全浸状态下的腐蚀电流,间接说明了传统的大量电解液中进行极化测量的研究方法并不十分适合于大气腐蚀的研究.Table1Maximum dry electric current at films of different electrolytes and stability electric current in imm ersionstate of A3Cu AC MNa2SO3Na2SO4NaCl H2OI gmaxμA770.9758.21146.0202I g sμA89.9167.0199.166.02.2.2微参比电极鲁金毛细管后置法研究金属的大气腐蚀 近几年来,M.Stratmann、A.Cox、C. Fiaud等人采用微参比电极前置法设计了研究大气腐蚀的三电极和双电极电化学装置,用它可以测量各种金属在薄层液膜情况下的电化学行为.其缺点是IR降较大,与参比电极相联接的鲁金毛细管的金属离子会渗入到薄层液膜中而影响结果的可靠性.因此,曹楚南及杜元龙领导的研究小组已和瑞典皇家工学院的Leygraf教授及瑞典腐蚀所所长Linder 教授领导的研究小组采用微参比电极后置法,针对金属在薄层液膜下的腐蚀开展一系列的合作研究,采用微参比电极鲁金毛细管后置法,建立并研究了在大气环境中薄层液膜下电化学行为的三电极测试装置,它消除了IR降及参比电极中的离子对薄层液膜的污染.目前这一方面的研究正在进行中.2.2.3Kelvin探头参比电极技术研究金属的大气腐蚀 近几年来,Stratmann及合作者首先将Kelvin振动电容法测量两金属间表面伏达电位差的技术运用到腐蚀科学领域中.该探头的主要部分是设置在待测电极上方,并可上下移动的一块惰性金属,如金、铂.金属探头的振动改变了它与待测电极间的距离及极间电容值,因而在回路中感生出一交变充放电电流.在该回路中串联一可调外电源,调节电压使交变电流值为零.此时,待测电极电位与外加电压之间成线性关系,标定后可测知其数值.王佳、邹锋等人使用kelvin探头参比电极系统地研究了薄层液膜下金属的电化学行为,并得出如下一些结论.(1)Kelvin电位用Kelvin探头作为参比电极测量金属的电极电位,先要测定探头与工作电极间交变电容感生的交变电流(或电压)最小值所对应的附加电压值,即Kelvin电位E KP,然后测定同一状态下常规参比电极标度的电极电位值,由两者的差值对Kelvin电位进行标定.Kelvin电位可通过交变电压的幅值及相位1071期 王凤平等:大气腐蚀研究动态与进展随附加电压的变化而确定[37],也可以采用避开零振幅点的线性回归法测量Kelvin 电位[38],当然后一方法可提高测试精度.无论采取那种方法,所测量的Kelvin 电位E KP 与腐蚀电位都有如下关系:E corr =E k p +c onst利用上式可以方便地将Kelvin 电位换算为常用参比电极所标定的电极电位.所以,Kelvin 电极可以用于稳态电化学测量,如测定腐蚀电位随时间的变化,腐蚀电位分布及极化曲线等.所得结果与常规电化学方法的测定结果一致.(2)金属表面Kelvin 电位的分布对划痕缺陷的镀锌钢板沿垂直于划痕方向的Kelvin 电位分布测试结果[38]表明,在80%相对湿度下测试E KP 值在划痕处有一明显增高.这一实验结果说明,可以利用Kelvin 振动探针方法进行金属表面电位在各种大气条件下分布的测试,探针的尺寸可根据实验要求及仪器设备条件进行调整.其测试结果对研究局部腐蚀、电偶腐蚀等提供有价值的信息.目前这方面的工作还在进行中.(3)薄液层下的极化曲线使用Kelvin 探头参比电极和常规参比电极测得的极化曲线具有类似的形状,而使用Kelvin 探头参比电极测得的极化曲线则不存在溶液电阻引起的畸变[37,39],克服了三电极电化学方法在大气腐蚀中受到的限制.(4)一些因素随液层厚度的变化使用Kelvin 探头参比电极技术可对极薄液层(如几μm )乃至吸附层下的金属进行电化学测量,因此,可使用它研究一些因素随液层厚度或相对湿度的变化,如kelvin 电位随相对湿度的变化[40],液层厚度对氧还原速度的影响[39]等.kelvin 探头参比电极技术不与试样和电解质接触即可进行电化学研究;用它分析局部腐蚀有较高的灵敏度和分辨率,若扩展到二维腐蚀分布测量,可为研究大气中的局部腐蚀及膜下腐蚀提供有用的信息;该技术是一种研究薄层液膜下电化学过程的有效方法,所得结论可按常规电化学方法解释;正是由于该技术的这些优点,一些国家相继建立了金属腐蚀研究的Kelvin 振动探针装置,并进行多方面应用的研究,取得了令人鼓舞的结果.2.3金属在薄层液膜下腐蚀的电化学机理金属的大气腐蚀已提出许多电化学作用机制,但尚无充分的实验基础.原因之一是使用包括鲁金毛细管在内的常规手段难以对这微量电解质体系进行精确的电化学测量.同时大气腐蚀又是一种干 湿交替循环的过程,只有薄层液膜在金属表面形成并停留时,腐蚀反应才得以进行[1].因此,大气腐蚀的电化学作用机制相当复杂.正是由于这些原因使金属大气腐蚀的电化学机理的研究进展缓慢,而我国这一方面研究的文献报道就更少.3大气腐蚀研究发展趋势随着电化学测量技术的发展,大气腐蚀的研究正经历从宏观向微观、从定性向定量、从长期试验向短期实验的发展阶段,许多新的研究方法和研究手段正应运而生.利用电化学方法研究薄层液膜下的大气腐蚀已经引起我国科研人员的关注.电化学测量技术的发展为研究薄层液膜下的大气腐蚀提供了一种有力的手段,但是金属大气腐蚀问题的复杂性使得单凭电化学技术本身还无法深入全面的研究,电化学测量技术也正在发展完善之中.如果将各种物理分析方法及原位监测手段(例如反射红外光谱IRAS [41,42,43]、激光拉曼光谱LRS 、扫描隧道显微镜STM 、石英微天平QCM[44]等)、机械方法等与电化学测量技术有机的结合起来,薄层液膜下的大气腐蚀的研究一定会有更加广阔的前景.参考文献〔1〕Parkings R N .Applied Science Publishers ,London and Ne wYorks ,1982〔2〕Larrabee C P ,Coburn S K .Proc .1st Ins .Congress ,Met .Corros .,L ondon ,1962,276〔3〕Chandl er K A ,Kilculen M B .Br .Corros .J ,1974,5:24〔4〕Ail or W H .At mospheric Corrosion .New York ,John Wiley andSons .1982〔5〕王光雍,舒启茂.中国科学基金,1992,6(1):40〔6〕梁彩凤,侯文泰.中国腐蚀与防护学报,1998,18,(1):1〔7〕侯文泰,于敬敦,梁彩凤.腐蚀科学与防护技术,1994,6(2):291〔8〕王振尧,陈鸿川,于国才.中国腐蚀与防护学报,1996,16(3):225〔9〕王振尧,郑逸苹,刘寿荣.中国腐蚀与防护学报,1994,8(2):156〔10〕于敬敦,吴幼林,崔秀岭.中国腐蚀与防护学报,1994,14(1):82〔11〕严谨,熊长清.中国腐蚀与防护学报,1986,6(1):1〔12〕黄春晓,吴维,孙成等.中国腐蚀与防护学报,1993,13(1):19〔13〕屈祖玉,王光雍.中国腐蚀与防护学报,1991,11(4):373〔14〕Ostroff A G ,et al .王向农等译,腐蚀控制手册.北京:石油工业出版社,1988(下转封三) 108腐蚀科学与防护技术 12卷2.5关于锌铬膜成膜机理的假设在配制涂料时,三氧化铬溶于水中,以Cr2O72-形式存在:2CrO3+H2O Cr2O72-+2H+当铬酸水溶液与锌粉混合时,在长时间搅拌过程中,有以下反应发生:Cr2O72-+3Zn+14H+3Zn2++2Cr3++7H2OZn+2H+Zn2++H2←随着二价锌的产生及氢离子的消耗,溶液中的pH值不断上升.由于还原剂的沸点大于100℃,烘干时挥发的绝大部分物质是水,而还原剂仍保留在膜层中,并把少量六价铬还原成三价铬.这些不溶性的三价铬化合物先构成了膜的骨架,但此时膜层较软,其间填充着六价铬和被氧化锌包裹着的锌粉.在烧结阶段,温度达到300℃,由差热分析可知,在250℃时,还原剂将三氧化铬还原成三氧化二铬并以Cr2O3·10R的形式存在(R为菱形体的、三角晶的),具有足够的强度和稳定性,它组成了膜的牢固的骨架.少量可溶性六价铬被封闭在膜层中间.当膜的表面一旦被破坏时,由于六价铬的钝化作用.使膜层还具有自修复功能.3结论通过SE M、XPS、XRD、DTA等手段分析研究表明,在锌铬膜中,锌以原料锌粉的形式存在,锌粉表面被氧化锌所包裹.锌粉之间以及锌粉与基体之间是靠结构式为Cr2O3·10R的三价铬加以填充和粘结的.在250℃左右,六价铬在还原剂的作用下,绝大部分转化为三价铬,少量未转化的六价铬被封闭在膜层中间,使膜层具有自修复功能.参考文献〔1〕孙贺民.材料保护,1994,27(8):21〔2〕U.S.P AT.1972,3:67,73〔3〕U.S.P AT.1971,3,553,04〔4〕M ichel F.Trans.Inst.M etal Finis h.1993,71(1):21〔5〕Pearce C D.Corros ion,1992,27(2):97〔6〕Si mon H.Metall oberflache,1985,3(1):13(上接第108页) 〔15〕汪轩义,王光雍,屈祖玉,等.中国腐蚀与防护学报,1995,15(2):125〔16〕汪轩义,王光雍,屈祖玉,等.中国腐蚀与防护学报,1998, 10,(3):171〔17〕汪轩义,王光雍,屈祖玉,等.腐蚀科学与防护技术,1996,8(1):79〔18〕蔡建平,柯伟.中国腐蚀与防护学报,1997,17(4):303〔19〕唐其环.腐蚀科学与防护技术,1995,7(3):210〔20〕梁彩凤,侯文泰.腐蚀科学与防护技术,1995,7(3):216〔21〕金蕾,唐其环,彭长灏,等.腐蚀科学与防护技术,1995,7(3),214〔22〕王振尧,郑逸苹,刘寿荣.中国腐蚀与防护学报,1994,14(3):240〔23〕蔡健平,郑逸苹,刘寿荣.中国腐蚀与防护学报,1996,16(4):303〔24〕徐乃欣,张承典,丁翠红.中国腐蚀与防护学报,1990,10(3):228〔25〕Walter G W.Corros.Sci.,1991,32(12):1331〔26〕To mashov N D,et al.Corrosion and Protection of Steels,Mosco w, Coll ection,1959,158〔27〕王凤平,张学元,杜元龙.金属学报,2000,36(1):55〔28〕徐俊丽,李牧铮.中国腐蚀与防护学报,1987,7(1):60〔29〕翁永基,李相怡.中国腐蚀与防护学报,1991,11(2):145〔30〕翁永基,李相怡.中国专利CN2047377U,1989〔31〕郑立群,蒯晓明.腐蚀科学与防护技术,1994,6(2):84〔32〕翁永基.腐蚀科学与防护技术,1989,1(2):47〔33〕萧以德,周学杰,张三平.腐蚀科学与防护技术,1995,7(3): 200〔34〕高耕宇,黄春晓,孙成.中国腐蚀与防护学报,1990,10(2): 183〔35〕李牧铮,张军,祁凤玉.中国腐蚀与防护学报,1993,6(1):10〔36〕M ans fel d F,Kenkel J V.Corros.Sci.,1976,116:111〔37〕王佳,水流彻.中国腐蚀与防护学报,1995,15(3):173〔38〕邹锋,韩薇,等.腐蚀科学与防护技术,1995,7(1):17〔39〕王佳,水流彻.中国腐蚀与防护学报,1995,15(3):180〔40〕邹锋,韩薇.腐蚀科学与防护技术,1995,7(3):192〔41〕Pers son D,Leygraf C.J.Electrochem.Soc.,1993,140(5):1256〔42〕Aastrup T,Pers son D,Odnevall Wallinder I,et al.J.Electroche m.Soc.,1998,145(2):487〔43〕Persson D,Leygraf C.J.Electrochem.Soc.,1995,142(5): 1459〔44〕Forslund M,Leygraf C.J.Electrochem.Soc.,1996,143(3): 839。
Q235钢在大气、土壤、溶液中的腐蚀及防护研究进展
Ｋｅ ｏｄ ： ２ ５ｓ ｅ； ｏ ｏｉｎ； ｔ ｃｒ ｓ ｎ ｐｏｒｓ ｙｗ ｒ ｓ Ｑ ３ ｔ ｌｃｒ ｓ ａ ｉ ｏｒ ｉ ； ｒｇｅｓ ｅ ｒ ｏ ｎ－ ｏｏ
金属腐蚀问题遍及国 民经济和 国防建设各 部 门， 其危害性十分严重。首先 ， 易造成重大的经济损 失 ，全世界 因腐蚀 而损耗 的金属 约 占年 总产量的 ３％， ０ 其中有 １ 是不可再生的。 ／ ３ 其次 ， 在某些腐蚀体 系中（ 特别是伴随着应力作用下 ）可能造成灾难性 ， 事故。此外 ， 金属腐蚀还会阻碍科学技术 的发展 ， 饲 如 ，法 国的拉 克油 田 １５ 年 因解 决 不 了设 备 发 生 ９１
刘 焱等 ・２ ５钢在 大气 、 Ｑ３ 土壤 、 溶液 中 的腐蚀 及 防护 研究 进 展
Ｎ Ｃ 在 各种 污 染 物 中是 具 有 非 常 强 腐 蚀 性 的污 染 ａＩ 物。 何建 新 ， 晓洲等 ［ 秦 ３ Ｊ 采用 Ｑ ３ ２５钢在 海 南 万 宁距 海 岸 ９ ｍ、５ ５ ２ ｍ和 海 洋平 台 ３个 暴 露 点 进 行 了半 年
中图 分 类号 ： ７ ． Ｔ ２ Ｇ１ ４ 文 献 标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９ ５ ３ ２ ０ ）０ — ０ ６ ０ １０ ３ ８ （０ ８ 一 ５ ０ ６ — ５
Ｐ ｏ ｒｓ ｆ ｒｏ ｉｎ ａ ｄＡｎ ｉｃ ｒｏｉｎｏ ３ ｔｅ ｍｏｐ ｅｅ ｒ ｇ ｅｓｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｏ ｒ ｓ ｆ Ｃｏ ｏ － ｏ Ｑ２ ５Ｓｅｌ ｎＡｔ ｓ ｈ ｒ ， ｉ
ＨＳ ２ 应力腐蚀开裂 问题 ， 推迟到 １５ 年才能全面开 ９７
发 。因此 ， 有限 的资 源与 能源 出发 ， 从 研究 金 属腐蚀
与防护 问题 ，具 有较 大的现 实意义 和经济意义 。 Ｑ ３ 广 泛应 用 于 石油 化 工 机 械 、 筑 、 属 加 工 ２５钢 建 金 业等方 面 ， 具有含碳量低 、 强度 、 韧性好 、 价廉等优 点， 我省一些煤气、 自来水管道 ， 也广泛地使用 Ｑ ３ ２５ 钢。本就 Ｑ ３ 钢在大气 、 ２５ 土壤 、 溶液中腐蚀的研究 以及 防护研究 现 状进 行 综 述 ，以期 为 Ｑ ３ ２ ５钢 的应 用提供理论依据。 ｌ Ｑ３ ２ ５钢的腐 蚀研 究
铝合金及其氧化膜大气腐蚀行为与机理研究进展
Review of atmospheric corrosion behavior and mechanism of aluminum alloys and it's anodic film
ZHOU He-rong!，LI Xiao-gang!，"，DONG Chao-fang!
1. University of Science and TechnoIogy Beijing，Beijing 100083，China 2. State key Iaboratory for Corrosion and Protection，Institute of MetaI Research，Shenyang 110016，China Abstract: The atmospheric corrosion of aIuminum aIIoys and it's anodic fiIm was summarized. The atmospheric corrosion process，modaIity，ruIe，factors，research methods，and evoIvement were discussed.The deveIopment trend of atmospheric corrosion investigation for aIuminum aIIoy and it's anodic fiIm were put forward. Key words: atmospheric corrosion；corrosion ruIe； acceIerated test；eIectrochemicaI testing；deveIopment trend
点蚀起因于表面钝化膜的局部破坏，大气中的 氯离于对钝化膜的破坏作用尤其强烈。 另外，金属 间化合物易引起铝合金点蚀， 如对于 7075 铝合金 来说，点蚀极易在 Al7Cu2Fe 颗粒周围发生；而对于 Al-zn-Mg 合金，点蚀极易在 Mgzn2 颗粒周围发生。 研究表明，在铝合金的局部腐蚀中，金属间化合物 作为阴极，加速阳极反应[3-5]。
Q235钢在大气_土壤_溶液中的腐蚀及防护研究进展_刘焱
金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设各部门，其危害性十分严重。
首先，易造成重大的经济损失，全世界因腐蚀而损耗的金属约占年总产量的30%，其中有1/3是不可再生的。
其次，在某些腐蚀体系中（特别是伴随着应力作用下），可能造成灾难性事故。
此外，金属腐蚀还会阻碍科学技术的发展，例如，法国的拉克油田1951年因解决不了设备发生H 2S 应力腐蚀开裂问题，推迟到1957年才能全面开发。
因此，从有限的资源与能源出发，研究金属腐蚀与防护问题，具有较大的现实意义和经济意义。
Q235钢广泛应用于石油化工机械、建筑、金属加工业等方面，具有含碳量低、强度、韧性好、价廉等优点，我省一些煤气、自来水管道，也广泛地使用Q235钢。
本就Q235钢在大气、土壤、溶液中腐蚀的研究以及防护研究现状进行综述，以期为Q235钢的应用提供理论依据。
1Q235钢的腐蚀研究 1.1在大气中腐蚀的研究金属材料在大气环境中的腐蚀损失是最为严重的，全世界在大气中使用的钢材量一般超过其生产总量的60%。
大气腐蚀造成的金属材料的损失占到腐蚀总损失的50％以上，大气环境中的S02、CO 2、NH 3、H 2S 、NO 2等污染物含量的增多，进一步加快了金属材料的腐蚀[1]。
肖葵,董超芳等[2]在实验室模拟含有5×10-6(体积分数)SO 2和1％(体积分数)CO 2污染成分的大气环境,采用增重法研究沉积NaC1的Q235钢的初期大气腐蚀规律，用扫描电镜和x 射线衍射分析腐蚀产物．结果显示：⑴当Q235钢表面沉积NaC1时，在SO 2、CO 2和NaC1的协同作用下，导致Q235钢发生严重腐蚀，腐蚀产物主要是Fe 3O 4，其次为γ－Fe 203，还存在有γ－FeOOH ；⑵在Q235钢大气腐蚀的初期，Q235钢表面沉积NaCI 发生严重腐蚀，远大于在相同环境中表面没有沉积NaCI 的Q235钢的腐蚀，收稿日期：２００８－０５－１０基金项目：遵义市科技局资助项目（遵市科合社字(2007)24号）作者简介：刘焱，男，贵州遵义人，遵义师范学院化学系副教授。
大气环境下金属材料腐蚀研究方法解析
大气环境下金属材料腐蚀研究方法解析摘要：金属材料的腐蚀一直是研究人员关注的焦点。
研究金属材料的腐蚀并确定有效的保护战略，对金属的有效使用产生了积极影响。
近年来，由于许多腐蚀因素对大气环境中材料表面的影响，材料在大气中的腐蚀问题受到了相当大的关注。
材料腐蚀造成的损害缩短了使用寿命并降低了设施的安全性。
根据现有研究数据，每年因腐败造成的损失约占国内生产总值的3%至4%。
本文研究了金属材料的腐蚀与防护问题，首先讨论了金属材料的腐蚀机理，其次在分析金属材料防腐蚀方法的基础上，审查了防腐蚀方法的选择原则，希望分析能为有关人员提供一些指导。
关键词：金属材料；试验；腐蚀机理；研究方法引言大气中金属的腐蚀主要是细液膜下的电化学液膜厚度介于几微米到几百微米之间。
与此同时，由于环境原因，液膜分布不均，对金属材料的电化学腐蚀机制的研究提出了挑战。
由于金属材料的电化学腐蚀试验方法是以水溶液为基础的，用于研究水溶液中金属材料腐蚀机理的传统电化学工具和方法已不复存在，迫切需要开发新的电化学试验技术。
1腐蚀机理就金属腐蚀而言，这通常是由于金属与周围环境发生化学反应而引起的腐蚀问题。
其主要特点是不能与电子自由反应或形成有效粒子例如，干气和非电解溶液中的金属容易发生腐蚀问题。
例如，反应发动机燃烧是由于高温气体生产引起的腐蚀问题。
同时，电化学腐蚀机理与上述不同。
电化学腐蚀主要是由于大气水蒸气等解决办法的影响引起的一系列腐蚀问题。
例如，空气中钢的腐蚀是电化学腐蚀的常见例子。
更具体地说，当钢处于潮湿的大气环境中时，其表面会吸收一层水膜。
薄膜酸度高时，会产生各种化学成分，导致腐蚀。
一旦腐蚀发生，就会出现有效的损伤等问题，导致性能下降。
2大气环境下金属材料腐蚀试验2.1金属材料的实际暴露腐蚀试验大气腐蚀研究方法是研究铝合金大气腐蚀规律的重要工具，近年来发展迅速。
铝合金主要通过户外现场试验模拟大气腐蚀，能够准确反映该区域的腐蚀情况，数据直观可靠。
大气环境下电网设备金属材料的腐蚀及服役寿命预测研究进展
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建筑结构用钢的大气腐蚀模型研究综述3篇
建筑结构用钢的大气腐蚀模型研究综述3篇建筑结构用钢的大气腐蚀模型研究综述1建筑结构用钢的大气腐蚀模型研究综述随着城市化加速，建筑结构的用钢量也在逐年增加。
而在大气环境中，建筑结构所使用的钢材会遭受腐蚀，从而影响建筑结构的安全性和使用寿命。
因此，预测和评估建筑结构用钢的腐蚀情况，对于建筑结构的设计和维护具有重要意义。
本文将对建筑结构用钢的大气腐蚀模型研究进行综述。
1.腐蚀机理建筑结构钢材在大气环境中遭受腐蚀是由于氧气、水汽和有机物质等因素的共同作用。
随着时间的递增，有机物质会在氧气和水汽的作用下发生氧化反应，从而产生酸性物质。
这些酸性物质与大气中的水汽发生化学反应，形成了酸雨。
钢材表面的磷酸盐、碳酸盐等物质会被酸雨腐蚀，从而形成了钝化膜。
钝化膜的形成会抑制钢材自身的腐蚀，同时也会对环境中对钢材的腐蚀作用产生抵消作用。
2.模型类型目前，建筑结构用钢的大气腐蚀模型主要可分为参数模型和机器学习模型两类。
参数模型是基于物理法则和经验公式，确定一系列输入参数，以推导出建筑结构用钢的大气腐蚀情况。
这类模型具有较高的精确度和准确性，能够对不同环境下的腐蚀情况进行刻画。
但是，由于建筑用钢的外部环境具有较多的不确定性，所以参数模型的精度难以得到保障。
机器学习模型则是利用多个特征值以及钢材在大气环境下的腐蚀数据集，通过数据分析、训练和预测来实现对钢材在大气环境中的腐蚀情况进行分析。
这种模型具有良好的可扩展性和可靠性，可以提供快速准确的预测和诊断服务。
但是，由于模型本身的设计差异，不同模型的性能表现并不相同。
3.模型应用建筑结构用钢的大气腐蚀模型在实际应用中主要用于建筑结构的设计和维护上。
首先，建筑结构的设计需要考虑不同外部环境的大气气候情况，以预测钢材的腐蚀情况，从而对建筑结构的设计提供科学的依据。
其次，建筑结构在使用过程中的维护也需要考虑钢材在大气环境中的腐蚀情况，以制定维护计划和维护方法，从而保证建筑结构的安全和可靠性。
金属的大气腐蚀及其实验方法
金属的大气腐蚀及其实验方法
金属的大气腐蚀是一种空气中存在的恶劣气候条件下，金属表面
发生的化学反应所造成的破坏性腐蚀现象。
它会降低金属的使用寿命，影响其它装置的正常运行。
因此，为了准确测定金属大气腐蚀情况，
必须进行有效的实验方法。
一般来说，测量金属大气腐蚀程度有两种主要的实验方法：一种
是定性评估，另一种是定量评估。
定性评估是通过分析空气中有害物
质的呈现和表面的形态变化，了解金属表面的腐蚀状态；而定量评估
则是通过量化常规的专业设备，测量表面的粗糙度、厚度变化，来推
断金属表面的腐蚀状态。
这两种实验方法均能够准确测定金属表面受
到的大气腐蚀程度，并提供丰富多样的腐蚀过程数据。
另外，催化剂实验也是目前金属大气腐蚀评估的有效方法。
催化
剂实验能够模拟金属表面的腐蚀过程，通过改变不同的实验条件，测
量表面的化学和物理变化，来检测金属表面的腐蚀程度。
在金属表面大气腐蚀实验中，还使用了其它实验方法，如气体渗
透实验、离子扩散实验、电化学实验等。
以上实验方法均能够有效测
定金属表面受到大气腐蚀的程度。
总而言之，为了测量金属表面受到大气腐蚀的程度，可以采用定
性评估、定量评估、催化剂实验、气体渗透实验、离子扩散实验、电
化学实验等方法，获取金属表面腐蚀的实际数据，从而评估金属的耐
腐蚀性能。
大气腐蚀的发展历程
大气腐蚀的发展历程
大气腐蚀是指大气中的化学物质对金属或其他材料的腐蚀作用。
其发展历程可以追溯到人类开始利用金属材料的时代。
在古代，人们常常使用自然界中存在的金属材料，如铜、铁等。
这些金属材料在大气中逐渐发生腐蚀现象，但由于生活环境的限制，腐蚀的程度相对较低。
随着工业的发展，大量的金属材料被用于建筑、交通、通信等领域。
特别是18世纪以后，工业革命的推动使得金属使用量
显著增加。
同时，由于燃煤的广泛应用，大气中的污染物也大量排放，加剧了大气腐蚀。
20世纪以后，随着化学工业的快速发展，大气中的腐蚀性物
质不断增加，腐蚀现象开始显现出明显的加剧趋势。
大气污染物主要包括酸性气体（如二氧化硫、氮氧化物等）、颗粒物（如煤烟、灰尘等）以及复合污染物。
这些物质与大气中的水蒸气和氧气相互作用，形成酸雨和酸性雾等，加速了金属和其他材料的腐蚀过程。
随着人类对环境保护意识的提高和科技的发展，对大气腐蚀的研究也愈加深入。
科学家们通过实验和观测，研究大气中的化学反应机制，分析腐蚀物质的来源和转化过程，以及金属材料的抗腐蚀性能等。
在这个过程中，许多防腐蚀材料和技术也被开发出来，用于保护金属材料免受大气腐蚀的侵害。
总的来说，大气腐蚀的发展历程可以概括为从古代的较小程度
的腐蚀到工业化时代的加剧趋势，再到现代科技的不断进步和环境保护意识的提高。
这一过程中，人类对大气腐蚀的认识不断增加，同时也在不断努力寻找和应用防腐蚀的技术和材料来保护金属材料。
金属大气腐蚀实验方法进展与研究动态
Marine Sciences/V ol.29,No.11/200577金属大气腐蚀实验方法进展与研究动态The review and progress of experimental methods for atmospheric corrosion of metals郑传波1,2,黄彦良1,朱永艳1,2,李言涛1(1. 中国科学院 海洋研究所，山东 青岛 266071；2. 中国科学院 研究生院，北京 100039)中图分类号：P734;P755.3 文献标识码：A 文章编号：1000–3096(2005)11–0077–04金属材料及其制品与所处的自然环境间因环境因素的作用而引起材料变质或破坏称为金属材料的大气腐蚀[1]。
金属材料的大气腐蚀机制主要是材料受大气中所含的水分、氧气和腐蚀性介质的联合作用而引起的破坏。
按腐蚀反应可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种，在干燥无水分的大气环境中发生的腐蚀属化学腐蚀，其它情况下均属于电化学腐蚀，但它又别于全浸在电解液中的电化学腐蚀，它是在电解液薄膜下的电化学腐蚀，水膜的厚度及干湿交变频率、氧的扩散速度等因素，都影响着大气腐蚀的过程与速度。
因此，研究金属大气腐蚀的工作十分复杂，金属大气腐蚀的研究方法也多种多样。
作者在总结前人工作的基础上，结合自己前期的工作，对大气腐蚀的实验方法及其进展进行了探讨。
1 金属大气腐蚀的实验方法与研究动态1.1 现场试验把专门制备的金属试片置于现场实际应用的环境介质中进行试验，称为现场试验。
现场试验是研究大气腐蚀的最常用的方法，其特点是腐蚀介质和试验条件均与实际使用情况严格相同、试验结果可靠、试验操作简单，缺点是环境因素无法控制、腐蚀条件变化较大、周期长、试片易失落、试验结果较分散、重现性差等。
基于现场试验的真实、可靠性，各国对金属材料的大气腐蚀现场试验都十分重视，做了大量的工作。
20世纪初，有些国家就已经开始用这种方法对金属材料在大气环境下的腐蚀行为进行研究工作。
锌及其合金的大气腐蚀研究现状_施彦彦
定稿日期:2005-03-10基金项目:国家自然科学基金(50499335)作者简介:施彦彦,女,1981年生,汉族,博士生,研究方向为材料的失效行为锌及其合金的大气腐蚀研究现状施彦彦1 张 昭1 张鉴清1 曹楚南1,2(1 浙江大学化学系杭州310027;2 金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:综述了大气中常见侵蚀性粒子对锌及其合金大气腐蚀的影响机制,重点介绍了几种常用的大气腐蚀研究方法,并比较了各种研究方法的优缺点.同时展望了锌及其合金大气腐蚀研究的方向.关键词:锌 锌合金 大气腐蚀中图分类号:T G172 文献标识码:A 文章编号:1005-4537(2005)06-0373-071前言锌及其合金镀层在金属防护领域中得到了广泛的应用,而其大气腐蚀的本质是薄液膜下Zn 金属的电化学腐蚀.Zn 能以很快的速度与环境中的氧气和水汽形成氢氧化物和氧化物,再与环境中的其它物质发生反应,形成各种碱式盐而覆盖在锌基体表面,从而对大多数自然环境中锌基体的进一步腐蚀起到了较好的抑制作用[1].此外,Zn 的价格相对便宜.所以锌及其合金镀层在金属材料,特别是钢铁材料的防护领域中得到了广泛的应用.一般而言,锌及其合金镀层的典型服役环境为液体介质或大气气氛,其腐蚀行为在一定程度上反映了其所处大气环境污染的程度[2],表明对锌及其合金在大气环境中腐蚀行为的研究具有十分重要的意义.近年来国内外研究者都对锌及其合金的大气腐蚀表现出越来越浓厚的兴趣[3],应用多种不同的技术从不同的角度对其腐蚀行为进行了一系列的研究.2锌及其合金的大气腐蚀机理一般认为Zn 及其合金在中性溶液中的腐蚀过程遵循溶解沉降机理(dissolution precipitation mech -anism)[4],其阳极过程为:Zn Zn ++e(1)Zn + Zn 2++e(2)其中Zn +为中间产物.其阴极反应,一般认为是吸氧反应:O 2+2H 2O+4e 4OH-(3)Zn 的阳极溶解一般发生在其表面的缺陷处,腐蚀结果表现为肉眼可见的小孔;而阴极反应则发生在这些小孔的周围[5].Zn 2+离子和OH -离子在小孔周围生成Zn(OH)2沉淀,后者脱水生成ZnO.在大气气氛中,随着Zn 在大气中暴露时间的延长,氧化锌或氢氧化锌慢慢地转化为各种不同的大气腐蚀产物.和大多数金属一样,环境的湿度对Zn 的腐蚀影响很大;但Zn 及其合金的腐蚀速率不会随着暴露时间的延长而降低,并且其对环境中的侵蚀性粒子及其浓度的变化显示出极强的敏感性[6].Mattsson 等研究指出,不同环境中Zn 的腐蚀速率存在着一个大致的范围:乡村0 2 m/a~3 m/a 、都市2 m/a~16 m/a 、工业区2 m/a~16 m/a 、海滨0 5 m/a~8 m/a [7].而Ailor 和German 等学者认为,Zn 的真实腐蚀速率应是Mattsson 所得结果的一半[8,9].一般而言,工业区和都市大气中主要含有SO 2,而海滨大气中主要含有Cl -等卤素离子.因此,根据M attsson 等的研究结果,可以认为SO 2对Zn 腐蚀的影响远远大于Cl -等卤离子的影响.Ra -manauskas [10]等人在研究锌及其合金(分别为Zn-0 6mass%Co 、Zn-0 4mass%Fe 和Zn-12mass%Ni)镀层的大气暴露实验中也证实了上述观点.与此同时,Haynie 和Upham [11]等学者研究提出了Zn 及其合金的腐蚀速度(R ),与工业区或都市大气的相对湿度(RH )及大气中二氧化硫浓度([SO 2])之间的数学表达式:R =3 92 10-4(RH -48 8)[SO 2](4)以下重点讨论SO 2、CO 2和Cl -这3种主要的大气污染物对Zn 及其合金大气腐蚀的影响机制.2 1SO 2与Zn 及其合金的大气腐蚀机理SO 2与Zn 及其合金的反应是分步进行的,一般认为其反应过程主要分为三步:SO 2进入并溶解在Zn 及其合金表面由于吸第25卷第6期2005年12月中国腐蚀与防护学报Journal of C hinese Society for Corrosion and ProtectionVol 25No 6Dec 200附作用所形成的薄层液膜中,并发生水化反应, SO2(g) SO2(ads)+H2O HSO-3(ads)+H+(5)H SO-3在O3、H2O2或者Fe、M n等过渡金属杂质的作用下氧化为SO2-4[12,13],HSO-3(ads)+H2O2 H SO-4+H2O(6)HSO-3(ads)+O3 H SO-4+O2(7)HSO-3(ads)+[O] H SO-4(Fe,Mn)(8)HSO- SO2-4(9)在一定的pH值下,生成的SO2-4与Zn2+、ZnO或Zn(OH)2形成具有复杂结构的碱式硫酸盐Zn x(OH)y(SO4) z H2O或ZnSO4,Zn2++SO2-4 ZnSO4(10)Zn2++SO2-4+x H2O ZnSO4 x H2O (x=4, 6或7)(11) y Zn(OH)2+ZnSO4+4H2OZn y+1(SO4)(OH)2y 4H2O (x=3或6)(12)由于SO2的溶解及氧化过程产生了H+,导致Zn表面薄层液膜的酸化.在酸性环境中,碱式硫酸盐进一步发生反应生成稳定的腐蚀产物ZnSO4.由于ZnSO4是可溶性盐,在雨水的冲刷下很容易离开金属表面,从而使裸露的金属再次暴露在空气中并继续发生腐蚀.另外,SO2对Zn表面的酸化作用加速了富含SO2的工业区和都市大气中Zn金属的腐蚀,在一定程度上导致Zn金属的腐蚀速度远远大于其在海滨和乡村大气中的腐蚀速度.在中性环境中,Zn x(OH)y(SO4) z H2O是否可以稳定存在仍有争议.一般认为它不稳定,最终会转化为Zn x(OH)y(CO3) z H2O复合盐,因为自然界中不存在稳定的Zn x(OH)y(SO4) z H2O矿石,却存在稳定的Zn x(OH)y(CO3) z H2O.但Biestek等人研究指出[14],Zn x(OH)y(CO3) z H2O复合盐主要出现在Zn及其合金的腐蚀初期,而Zn x(OH)y(SO4) z H2O 复合盐则是腐蚀后期的主要产物之一.2 2C O2与Zn及其合金的大气腐蚀机理Zn的碳酸盐是除Zn(OH)2外最广泛存在的Zn 的大气腐蚀产物,其主要的存在形式为ZnCO3和Zn5(CO3)2(OH)6[15].一般认为,在一定浓度的CO2存在的条件下,ZnO或Zn(OH)2将与CO2发生反应生成Zn的碳酸盐:ZnO+CO2 ZnCO3(13)Zn(OH)2+CO2 ZnCO3+H2O(14)3Zn(OH)2+2ZnCO3 Zn5(CO3)2(OH)6(15)研究同时表明[15],Zn金属表面大量存在的Zn(OH)2可作为晶种,当加入适当的离子后, Zn(OH)2即与CO2形成难溶的Zn5(CO3)2(OH)6并沉积在金属表面.因此,虽然Zn的腐蚀速率随CO2浓度的增加而增大[16],但生成的碳酸盐却可以在一的研究也证实了上述观点:在实验温度为22 时,当Zn表面只沉积70 g/cm2的NaCl而无CO2存在时,其腐蚀速度是存在350 10-6CO2时的3~4倍;同时,由于升高温度同步地增大了CO2的侵蚀作用和CO2转变为不溶性盐的速度,导致当CO2存在时Zn的腐蚀速度与温度无关.2 3Cl-气氛下,Zn及其合金的大气腐蚀机理在Cl-大量存在的环境中,Zn的主要腐蚀产物为Zn5(OH)8Cl2 H2O.Bernard等[18]研究指出,大气中的NaCl微粒在Zn表面薄液膜中的沉降和溶解作用增强了薄液膜的导电性能,加剧了Zn的腐蚀;伴随腐蚀反应的进行,Cl-和OH-等阴离子向阳极区定向移动,而Na+和Zn2+则向阴极区迁移,从而导致阳极区Cl-的富集及薄液膜pH值的增加.同时,阳极区富集的Cl-将导致难溶碱式氯化锌的生成:5Zn2++H2O+8OH-+2Cl-Zn5(OH)8Cl2 H2O (16)另外,当存在适当的离子时,Zn(OH)2可作为碱式氯化锌的前体:Zn(OH)2(s)+4Zn2++6OH-+2Cl-Zn5(OH)8Cl2 (17)碱式氯化锌在弱酸性环境中是可溶的,容易被雨水冲走,保护性不大.Friel等[12]认为这就是在Cl-存在下Zn及其合金容易产生点蚀的原因.3Zn及其合金大气腐蚀的非电化学研究手段3 1自然条件下大气曝晒腐蚀试验所谓大气曝晒试验就是将样品置于户外曝晒场的试架上,进行自然大气环境下的腐蚀试验.在曝晒过程中定期对试样进行观察,并用失重法测定其腐蚀速度,同时采用各种材料表征技术来研究其腐蚀产物和腐蚀形貌[19].大气曝晒试验的结果通常作为评价金属抗蚀性能优劣的一个重要指标.为了得到不同自然环境下Zn的大气腐蚀速度,ASTM(American Society for Testing and Mater-i374中国腐蚀与防护学报第25卷als)在全世界具有典型气候的地区进行了锌及其合金的大气曝晒实验.结果表明[20],Zn在多数大气环境中显示了良好的抗蚀性能,即使在腐蚀性最严酷的地区,其腐蚀速度也极少超过8 m/a,这正是其作为抗蚀材料并得到广泛应用的前提.目前,我国有大气曝晒试验场10个,近年来又补建了5个试验点.由全国材料腐蚀试验网站负责协调.1987年8月至1989年8月间,孙成等人[21]在辽宁省192个地点进行了Zn(其成分为mass%:Fe 0 012,Cu0 005,Pb0 040,Sn<0 005,Zn为余量)的大气暴露腐蚀试验.其实验主要关注乡村大气腐蚀,选择的地点为一些比较典型的乡村环境,这可基本忽略大气中SO2、NO x、Cl-等污染物的影响,而只考虑诸如相对湿度、降水量、气温及日照时间等环境因素对Zn腐蚀的影响.基于对部分实验结果的统计回归分析,孙成等[21]绘制了辽宁省乡村气氛中Zn的腐蚀图,并建立了乡村气氛中Zn的腐蚀速率与大气环境因素之间的数学关系式:Y=1 86+1 96 10-4(X1)+1 11 10-3 (X2)-2 60 10-2(X3)-7 26 10-4(X4)(18) R=0 94,S Y=0 095,置信度为95%.R1=0 69,R2=0 58,R3=0 287,R4=0 41.其中Y为Zn的腐蚀速率( m/a),X1为相对湿度RH>80%的年平均时间(h),X2为年平均降水量(mm/a),X3为年平均日照时间(h),R为相关系数,S Y为标准偏差( m/a).3 2实验室模拟加速实验虽然大气曝晒实验能得到可靠的自然条件下金属腐蚀速率等珍贵的数据,为相关腐蚀机理研究奠定了基础,但其实验周期长,影响因素多,并且很难深入到机理方面的研究.而实验室模拟加速实验则很好的解决这个问题.常见的大气腐蚀模拟加速实验有盐雾试验、湿热试验、干湿循环试验以及多因子复合试验等.Johansson等[16,17,22]采用实验室模拟加速实验方法研究了O3、NO2和CO2等对Zn大气腐蚀的影响.研究表明,O3和NO2对SO2的氧化反应具有明显的催化作用,加速了富含SO2的潮湿空气中Zn 的腐蚀;CO2在一定程度上加速了Zn的腐蚀,反应所生成的各种碱式碳酸盐产物虽然对Zn基体的进一步腐蚀具有一定的保护作用,但不能减缓由SO2所引起的Zn的腐蚀.无论是材料的大气曝晒试验或是实验室模拟加速实验,其传统的研究手段都是失重法,所得到的数据是样品经过长时间腐蚀后的宏观的、统计的行为和规律,对材料的腐蚀过程缺乏清楚的描述.而具有高灵敏度并能对腐蚀进行实时测量的石英晶体微天平(QCM)技术则可以很好的解决这个问题.QCM 是一种具有压电效应的质量检测仪,具有纳克级(ng)的灵敏度;它由沉积在石英晶片双面上的金属(Au或Pt)电极及相应的振荡回路构成.对于刚性电极表面,振动晶片谐振频率的变化 f与工作电极上单位面积质量 m/A的变化成正比[23],即 f=-2 m(f0)2/(nA )(19)式中f0是石英晶片的基振频率,n是谐波级数(对于刚性电极,其值为1), 为石英晶片的切变模量(2 947 1011g/cm s2), 为石英晶片的密度(2 648g/cm3).严川伟等[24]采用石英晶体微天平研究了NaCl 和SO2对纯Zn大气腐蚀的影响.他们先将NaCl沉积到Zn表面,并将处理后的石英晶片试样置于大气腐蚀气氛箱中暴露48h.研究指出,NaCl和SO2加速了Zn的腐蚀,腐蚀产物随暴露时间的延长而成指数关系地增加;同时,NaCl和SO2对Zn的大气腐蚀具有协同效应[2].3 3表征手和佐证.以下将简单介绍其中几种技术在研究中的应用.3 3 1原位原子粒显微镜(AFM)在大气腐蚀研究中的应用 扫描电镜(SEM)和原子粒显微镜(AFM)都可以得到微观的腐蚀形貌图.SEM操作相对简单使之成为一普遍的表征手段[1,16,17],而AFM 的操作虽然比较复杂但不受材料导电性能的影响,同时还具有原子级的空间分辨度,且可以得到更多的信息如样品表面平均粗糙程度、分子间力等等.L Szira ki及其工作者[25]在研究单晶Zn大气腐蚀初期阶段时采用AFM和SEM结合的手段.研究发现,腐蚀环境的不同可以导致Zn表面钝化膜的不均匀腐蚀,使其结构和电化学化学性质的发生不同.而Zn的溶解-沉淀是沿着原子的方向,另外Zn的再沉淀和其氧化物的生长也是沿一定的方向.他们还发现经过长时间的腐蚀,Zn氧化物的生长与电极表面的结构和活化点有关:在海绵状的粗糙的活化Zn表面一般会生成树枝状的氧化物.Kleber[26]等人在研究纯Cu、纯Zn及其两种合金(Cu/Zn90/10 mass%和Cu/Zn70/30mass%)实验中采用一个数字设备Nanoscope III_Multimode SPM作为实验3756期施彦彦等:锌及其合金的大气腐蚀研究现状箱,并通过对改良AFM的光学镜头,加入可振动的悬臂等一系列改良,使之可以原位测定不同气氛和温度下样品的腐蚀形貌;并应用一些新的分析软件,得到了样品表面的平均粗糙度和腐蚀产物的生长速度.在合金中,平均粗糙程度和腐蚀产物的生长速度都随着Zn含量的增加而增大.3 3 2拉曼光谱在大气腐蚀研究中的应用 由于水的拉曼散射很弱,在可见光谱区并不吸收,因此拉曼光谱特别适合在水溶液中测试,这就符合了电化学测量的要求.此外,拉曼光谱对试样组成和样品池材料没有特殊要求,扫描范围宽,在4000cm-1~4 cm-1光谱区可以一次完成,这些都较红外光谱在使用上更加方便.Bernard等人[27]在镀锌钢铁腐蚀行为的研究中应用拉曼光谱检测其腐蚀产物,观察到ZnO、Zn(OH)2和4Zn(OH)2 ZnCl2的生成.他们认为锌在阳极溶解可能生成4Zn(OH)2 ZnCl2,而在阴极区在生成无定形氢氧化物后可能会生成ZnO;并证实了由于Cl-在镀层下局部浓度不同导致pH值变化这一假设.3 3 3广延X射线吸收精细结构(EXAFS)在大气腐蚀研究中的应用 近年来,EXAFS被用来研究金属表面的结构[28,29],由于它应用了光电子喷射技术,可以在空气中测量,从而避免了由于真空而造成的样品表面脱水和结晶化,可以对腐蚀过程进行原位监测.Chung等人[30]应用EXAFS研究了纯Zn (99 95%)大气腐蚀初期腐蚀产物的结构和抗腐性.他们的研究表明,Zn的腐蚀依赖于环境,在环境湿度分别为100%和95%的条件下暴露48h,其腐蚀产物分别为ZnO和无定型的Zn(OH)2,并观察到CO2的存在则可以改善Zn的抗腐性.4Zn及其合金大气腐蚀的电化学研究手段大气腐蚀可根据金属表面的潮湿程度分为干的大气腐蚀、潮湿的大气腐蚀和湿的大气腐蚀三个阶段[31].每个阶段均有不同的腐蚀特征,但就其本质来讲,金属材料的大气腐蚀是发生在薄液膜下的电化学腐蚀.70年代,Rozenfeld等[32]设计了研究大气腐蚀的双电极和三电极电化学装置(ACM),但其测量结果与实际情况差别较大.近年来,Strat-mann[33]、Cox[34]、C Fiaud[35]等人采用微参比电极前置法,设计了研究大气腐蚀的三电极和两电极电化学装置,但由于薄液膜带来的溶液欧姆降、电流分布不均和参比电极的离子(如Cl-)污染等问题,对电化学测量带来很大的误差.但随着测量技术的发展和新兴仪器的开发,电化学手段已经逐步应用在大气腐蚀研究上,并得到了越来越广泛的关注.4 1极化曲线研究大气腐蚀应用极化技术可以较快地测量出金属在某一腐蚀介质中的塔菲尔斜率、I corr、E corr、极限扩散电流密度等动力学参数,从而对金属的抗蚀能力及各种防护手段的有效性进行一定程度的评价,足见,极化技术在腐蚀电化学研究中得到了广泛的应用.Aba-yarathna等人[36]采用极化技术研究了Zn的三种单晶({0001},{1010}和{1120})在1mol/L(NH4)2SO4和0 5mol/L NaOH本体溶液中的腐蚀电化学特征,指出{1120}具有最大的腐蚀活性.Fratesi等[37]采用极化技术研究了锌及其合金镀层的抗蚀性能.结果表明,在微酸性体系中,经铬酸盐钝化处理后的镀层具有良好的抗蚀性能;但当体系pH=3时,由于Cr 上析氢过电势较低,铬酸盐钝化处理不能明显地提高镀层的抗蚀能力.目前,极化技术已经应用到薄液膜下金属腐蚀机理的研究之中[38],但对Zn及其合金的大气腐蚀的研究还未见到报导.而且由于薄液膜带来的溶液欧姆降、电流分布和参比电极的离子(如Cl-)污染等问题还没有得到很好的解决,其研究结果的可靠性还有待进一步的验证.4 2电化学阻抗谱(EIS)研究大气腐蚀阻抗测量原本是电学中研究线性电路网络频率响应特性的一种方法,后引入电极过程的研究之中,至今已成为一种重要的电化学研究技术.电化学阻抗测量中采用小振幅的正弦波电位(或电流)为扰动信号,一方面避免了外加扰动对体系产生较大的影响,另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线性关系,从而简化了实验结果的息[39].EIS数据可以采用等效电路或数学模型等方法进行分析,前者可以方便地扣除当施加小幅值交流信号时所引起的较大的薄液膜电阻,从而解决了传统电化学技术所带来的测量失真问题.另外, Nishikata[40,41]等人在研究金属大气腐蚀时,利用传输线(TM L)原理分析了薄液膜下电流的分布,指出当Bode图中相位角超过-45 时,电极表面电流分布均匀,从而使得EIS技术被广泛而成功地应用于金属的大气腐蚀研究中.Mahdy和Nishikata等[3,42,43]认为可采用极化电阻(R p)的倒数,即EIS的高频阻抗减去低频阻抗的倒数,来表征材料的腐蚀速率,并对金属在干湿循376中国腐蚀与防护学报第25卷环中的腐蚀速率进行了监测.研究表明,金属在湿循环中的腐蚀速率明显地小于其在干循环前期的腐蚀速率.这是因为在干循环前期,随着溶液的蒸发,金属表面液膜厚度减薄,导致溶液浓度增大,并加速了氧气在薄液膜中的扩散过程;但在干循环后期,由于金属表面溶液已完全蒸发,腐蚀很难进行,此时腐蚀速率最小.在溶液蒸发的过程中,显然存在着金属表面溶液不连续的情况,此时测得的数据的可靠性较低.考虑到干循环中由于溶液蒸发所导致的液膜不连续问题,Chung等人[44]在研究纯Zn(99 95%)的大气腐蚀时,将试样暴露在不同湿度的环境中,然后在含0 003mol/L LiCl的甲醇溶液中进行EIS测量.该方法不仅模拟了材料大气腐蚀的真实情况,而且在一定程度上解决了液膜分割、电流分布不均和欧姆降等电化学测量所遇到的难题.4 3电化学噪声(EN)研究大气腐蚀电化学噪声是指电化学动力系统演化过程中,其电学状态参量(如电极电位、外测电流密度等)的随机非平衡波动现象[45].电化学噪声的起因很多,常见的有腐蚀电极局部阴阳极反应活性的变化、环境温度的改变、腐蚀电极表面钝化膜的破坏与修复、扩散层厚度的改变、电极表面膜层的剥离及电极表面气泡的产生等[46].电化学噪声技术相对于诸多传统的腐蚀监测技术(如重量法、容量法、极化曲线和电化学阻抗谱等)具有明显的优良特性.首先,它是一种原位无损的监测技术,在测量过程中无须对被测电极施加可能改变腐蚀电极腐蚀过程的外界扰动[47~49];其次,它无须预先建立被测体系的电极过程模型[50];第三,它无须满足阻纳的三个基本条件;最后,检测设备简单,且可以实现远距离监测.因而在大气腐蚀的薄液膜的研究中,可以避开溶液电阻以及电流密度分布不均匀的影响[51,52].采用电化学噪声技术进行大气腐蚀研究时,可以在开路电位或极化条件下进行.其检测系统一般采用双电极体系,即一个研究电极和一个参比电极.参比电极一般为饱和甘汞电极(SCE)或Pt电极,也可以采用其它形式的参比电极(如Ag-AgCl参比电极等)[53].噪声数据处理可以采用时域、频域、小波分析和分形分析等多种方法.程英亮等人已经成功地将EN应用于大气环境中薄液膜下LY12铝合金的腐蚀研究中[54].然而,迄今为止将EN应用于锌及其合金的大气腐蚀研究尚未见文献报导.4 4Kelvin探针技术研究大气腐蚀Kelvin探针技术是从表面物理中测定金属表面功函的Kelvin探头方法移植到腐蚀研究中的一种电化学测试技术.该技术由Stratmann及其合作者[55]于1987年首次提出,从技术层面上解决了大气腐蚀的电化学研究中由于金属表面的水膜很薄而无法加入参比电极的难题.Stratmann的理论研究表明,腐蚀金属电极的腐蚀电位E corr和探头与金属表面薄液膜之间的伏打电位差 Pr El之间具有如下的简单关系:E c orr=const+ Pr El(20)式中,常数项与探针材料、腐蚀金属电极表面上的水膜和大气成分以及用来测定腐蚀电位的参比电极等有关,可以通过实验确定.虽然应用Kelvin探针研究锌及其合金的大气腐蚀还未见报导,但是王佳等人已经成功地将它应用于Fe、Cu等金属的大气腐蚀研究中[56],并对传统的Kelvin探针技术进行了改进,使之可用于测试极薄液层下金属的电极电位[57].但是当腐蚀信号很微弱时,由Kelvin探针技术所得到的结果与实际情况之间常常存在着很大的偏差.另外,Kelvin探针技术所需要的振荡信号加速了离子和O2在薄液膜中的对流过程,促进了腐蚀[58].5展望目前,虽然国内外已经应用多种测试手段对Zn 及其合金的大气腐蚀进行了一定程度的研究,积累了大量的腐蚀数据,并对其腐蚀机理进行了探讨,但是由于各种测试手段本身的缺陷,很多关键的数据并不可靠,甚至无法得到.鉴于Zn及其合金镀层在金属防护领域中的广泛应用,探明Zn及其合金的大气腐蚀状态与电化学信号之间的对映关系、发展原位准确快速地监检测其腐蚀过程的电化学技术等研究将成为未来腐蚀研究的热点.参考文献:[1]Assaf F H,Abd S S,El-Rehiem,et al.PQu Q,Yan C W,Zhang L,et al.Synergism of NaCl and SO2in i n-i tial atmospheric corrosion of zinc[J].Chin.J.Nonferr.M etal., 2002,12(6):1272-1275(屈庆,严川伟,张蕾等.Zn初期大气腐蚀中NaCl和S O2的协同效应[J].中国有色金属学报,2002,12(6):1272-1275)[3]El-M ahdy G A.Advanced laboratory study on the atmosphericcorrosion of zi n c under thi n electrolyte layers[J].Corrosion,2003, 59(6):505-510[4]Baugh L M.Corrosion and pol arizati on characteristics of z i nc i nneutral-acid media-I.pure z i nc in solutions of various 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存档日期：存档编号:北京化工大学研究生课程论文课程名称：材料保护学课程代号：任课教师：完成日期：专业：学号：姓名：成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿金属材料大气腐蚀研究进展摘要：本文对金属大气腐蚀研究做了简介，综述了我国的大气腐蚀研究进展，并比较了国内外的发展水平。
得出我国的大气腐蚀研究已经进入了世界强国之列，但是总体上与美国等发达国家有着20-30年的差距。
对以后的大气腐蚀研究方面提出了展望。
关键词：金属，大气，腐蚀大气腐蚀是指大气中的腐蚀性气体溶解在水中作用于金属表面所引起的腐蚀[1]。
大气腐蚀是金属腐蚀的基本类型，几乎所有与大气接触的金属材料都会受到大气腐蚀，大气腐蚀所造成的损失约占腐蚀总损失的一半以上[2]，因此，开展大气腐蚀与防护的研究具有重要的意义。
1.金属大气腐蚀研究简介金属的大气腐蚀是自然界中存在的最普遍的腐蚀现象，因此人们在很早以前就已经开始对它进行研究。
特别是基于自然环境中的大气腐蚀现场曝晒试验直观、可靠的特点，世界各国对其都格外重视。
尤其是像美国、英国和日本等工业发达的国家，早在上个世纪初就开始通过现场曝晒试验研究多种材料在自然大气环境中的腐蚀行为。
相比之下，我国开展自然环境的大气腐蚀研究起步较晚，始于20世纪50年代中期，即1955年开始建立大气腐蚀曝晒试验站，但由于历史原因，发展迟缓，不具系统性，期间由于“文革”影响还中断了十几年，直到1980年才在全国范围内恢复自然环境腐蚀试验网站的建设工作[3]。
我国在大气腐蚀基础研究方面在国内外发表了大量的论文，这些系列论文的发表极大的提高了我国在大气腐蚀方面的研究地位，标志着我国已经进入大气腐蚀研究强国之列，而且这方面还保持着很好的发展势头[4]。
2.大气腐蚀行为与规律若干研究进展（1）金属材料自然环境腐蚀幂指数规律的建立和金属大气腐蚀初期行为与规律研究[5]。
以黑色金属和有色金属材料在我国典型大气环境中的长期现场腐蚀试验为基础，通过数据采集、评价和综合分析，获得了金属材料在我国典型大气环境中的腐蚀速率幂函数规律和相关参数以及拟合曲线，由此建立的幂函数模型可以表征我国典型大气环境下金属材料的腐蚀规律，这一规律的确认与获得是我国材料大气腐蚀学科领域的重要进展。
其模型为：D A n t其中，D——腐蚀深度（mm）；t——暴晒试验时间（a）；A——第一年的腐蚀深度（与环境及材料有关）；n——代表腐蚀发展趋势（随钢种和环境变化极大，数值一般小于1）；对Q235和09CuPCrNi耐候钢在模拟潮湿和湿热大气环境中的腐蚀初期行为；铝合金AZ91D镁合金在模拟大气环境中的腐蚀初期行为与机理；Q235、09CuPCrNi耐候钢、铝合金AZ91D镁合金在单一SO2、CO2、NaCl沉积污染状况下和SO2、CO2、NaCl沉积复合污染下的腐蚀初期行为与机理等进行了系统研究，得到了一系列结果，发表在国内外学术刊物上。
（2）薄液膜下的腐蚀电化学规律研究[6]。
对典型铝合金7A04在0.6mol/L 氯化钠和1mol/L硫酸钠溶液(pH 5)不同厚度薄液膜下的电化学规律进行了系统研究。
阴极极限电流密度都接近或高于其在本体溶液中的电流密度，表明阴极极化曲线没有受到电流密度分布不均匀的影响；薄液膜下的阴极极化曲线与标准的扩散控制阴极极化曲线存在偏离，表现为氧的还原电流在极限区随阴极过电位的增大而增大[7]。
铝合金7A04在0.6mol/L氯化钠和1mol/L硫酸钠溶液(pH 5)薄液膜下的电化学阻抗谱测试过程中电流分布比较均匀，测试结果没有受到电流密度分布不均匀的影响。
在腐蚀初期（2—24h），在110μm液膜厚度下的腐蚀速率最高；随浸泡时间的延长，不同液膜厚度下的腐蚀速率开始变化，浸泡后期腐蚀速率由大到小依次为：bulk olution (2000μm)>500μm>170μm>235μm>110μm>60μm 铝合金7A04电极在1mol/L硫酸钠溶液(pH 5)薄液膜下的阻抗谱结果表明：随腐蚀时间的延长，铝合金7A04的腐蚀速率增加；在腐蚀前期（0—96h），在110μm液膜厚度下腐蚀速率最大；腐蚀后期（96—168h），在110μm液膜厚度下电极的腐蚀速率趋于稳定，本体溶液中铝合金7A04腐蚀速率继续增大并达到最大[8]。
采用扫描电化学显微镜技术（SECM）原位测试研究铝合金1060、2A12和7A04在含0.6mol/LNaCl（含5mmol/LKI，KI为氧化还原剂）溶液和1mol/LNa2SO4（含5mmol/LKI）溶液（pH 5）中的氧化还原电流，模拟研究了铝合金在NaCl和含SO2环境中的初期腐蚀行为[9]。
（3）大气腐蚀的计算机模拟与仿真研究[10,11]。
采用概率型元胞自动机模型对金属在湿大气条件下的初期腐蚀过程进行了模拟，并与实际耐候钢在实验室湿热大气环境下的腐蚀形貌图进行了对比。
分析了元胞自动机机模型中两类重要参数对腐蚀过程的影响，其取值决定了腐蚀的速度控制步骤是电化学活化过程还是扩散过程。
模拟得到了腐蚀过程主要离子的浓度分布图，并结合大气腐蚀过程的机理进行了分析。
虽然与实际的腐蚀过程相比，建立的元胞自动机模型还是比较理想化和简单的，为了得到更加真实的腐蚀过程模拟，还需要进一步在模型的建立过程进行更加细致的模拟与研究，这项研究是一个良好的起步。
（4）利用激光电子散斑研究金属局部腐蚀早期腐蚀行为及机理[12]。
在模拟大气腐蚀的溶液中，对碳钢和不锈钢的早期腐蚀过程，尤其是点蚀过程进行了早期原位测试与观察，研究结果表明利用激光电子散斑能够在秒级时间范围内早期原位观察到碳钢和不锈钢的点蚀行为[13]，这在世界范围内是一个创新的研究工作，并与腐蚀电化学测量同时进行，对早期腐蚀机理进行了较系统研究。
3 大气腐蚀国内外研究差距分析虽然我国近年来在大气腐蚀方面取得了较大的进展，与美日等国的总体研究差距在明显缩小，但是在以下方面尚有明显差距。
（1）大气腐蚀试验场站建设国外的试验场站呈现出向全球化、标准化、典型化和大型化方向发展。
以美国气候试验公司为例，该公司的试验站点已经拓展到全球所有的典型气候区域，且试验标准已经达到4000种以上，并将美国几十个站点缩减到佛罗里达州和亚利桑那州两个典型气候区域，而且试验以大型构件和实物为主，材料试样试验已经成为辅助试验方法。
我国试验场站建设近年来虽然取得较大进展，明显缩小了与美日等发达国家的差距，但是我们还不能实现大规模正规化的中国以外的材料环境试验，试验还处于以试样为主的试验阶段，涉及构件和实物试验很少。
在试验观测设备方面，也缩小了与美日等发达国家的差距。
在试验标准建设方面，我国则处于刚刚起步阶段。
（2）实验室研究手段方面。
在大气腐蚀实验室研究手段方面，与国外相比，总体看我国尚有较大的差距。
近年来[14]，Leygraf 、Zakipour等开始使用石英晶体微天平并结合XPS等研究电镀Ni、Sn在薄液膜下的大气腐蚀动力学，目的在于开发基于石英晶体微天平技术的传感器测量体系，从而使原来无法在短期内进行的大气腐蚀监测变为现实。
Aastrup和Leygraf对金属大气腐蚀的原位动态研究做过一些尝试，如利用QCM和红外光谱原位研究了Cu在85%RH、25℃下含SO2的空气界面反应，得到了大气/Cu界面上CuO2形成的动力学，并将试验结果和理论计算与以前的阴极还原测量做了比较，二者吻合得很好[15]。
他们又将红外光谱、石英晶体微天平和原子力显微镜结合起来对暴露在不同湿度（60%、80%）大气中铜的氧化膜的生长和氧化膜上水膜的动力学规律进行了实时动态研究，以更深入地了解在铜表面上发生的反应[16]。
Itoh等[17]人也几乎同时开展了金属大气腐蚀的原位动态研究工作，他们将石英晶体微天平和红外光谱有机组合，研究体系为Cu在80%相对湿度下，含有拼10μmol/mol SO2的腐蚀性气体体系。
从质量损失变化和峰高分析中发现表面腐蚀层的生长遵守抛物线规律。
目前应用较多的是将石英晶体微天平、红外光谱仪和原子力显微镜结合起来。
石英晶体微天平（QCM）可检测的质量的微小变化（ng级），从而得出金属在大气中腐蚀的动力学变化，但它不能对腐蚀产物进行定量的分析；而红外光谱仪可分析金属表面化学成分的变化，可以提供化学健、对称性、分子或晶体配位等信息，定性的检测微量组分的组成，可以利用某一波数的峰强度的变化对金属大气腐蚀产物的组成进行定量或半定量分析；原子力显微镜可获得金属大气腐蚀表面的形貌（原子级分辨率的图像）。
这样就可以同时得到金属表面的化学组成、形貌变化和质量改变的信息，从而知道金属是如何与大气中的腐蚀性组分（如SO2、CO2、NaCl等）相互作用的，并把宏观信息与微观信息结合起来，从而从深层次对金属大气腐蚀机理进行探索和研究。
另外，Stratmann及其合作者首先将Kelvin探头参比电极技术应用到金属腐蚀的研究中，对大气腐蚀的电化学研究测试带来了突破性进展，可不接触测定体系而对薄液层乃至吸附液层下的金属腐蚀进行电化学测量[18]。
用Kelvin探头参比电极技术进行了以下几个方面的工作：（1）蒸发过程中腐蚀电位随时间的变化；（2）薄液层下金属腐蚀电位分布的测量；（3）薄液层下极化曲线的测量；（4）液层厚度对氧还原速度影响的研究。
在表面分析方法方面，环境扫描电镜（ESEM）可对自然状态下的材料（比如湿润或干燥）直接成像，不要求样品表面导电，在进行连续观察样品时可对样品温度（从-20℃到1000℃），润湿程度和气体环境都进行控制，从而有效地记录大气腐蚀的动态过程。
环境扫描电镜克服了一般SEM对高真空度要求的局限，允许样品室在高大气压下(大于20 torr)工作。
环境扫描隧道显微镜（ESTM）和原子力显微镜（AFM）都有纳米或更好的分辨率，可对单个原子成像。
扫描隧道显微镜和原子力显微镜可以在真空和大气中工作，但由于试样表面的腐蚀产物会阻碍针尖和试样间的遂穿电流，ESTM只适合在腐蚀初期阶段使用。
原子力显微镜（AFM）通过测量试样和针尖悬臂梁之间作用力获得分析表面形貌，因而不要求试样是表面具有导电性，对表面有氧化膜的铝及铝合金来说，原子力显微镜是一个更有用的工具。
在金属大气腐蚀的原位研究中，ESTM和AFM将会起到重要作用。
激光拉曼光谱能在多种环境中对固体、液体和气体进行测试。
拉曼光谱表面增强效应（SERS）可用来观察金属表面的电化学吸附过程，检测电化学反应过程中的中间产物，进而推测反应机理。
以上方面我国与国际有20年以上的差距，严重制约了我国大气腐蚀原创性成果的产生。
（3）理论研究与计算机模拟方面。
基于对金属材料在不同环境条件下的大气腐蚀初期行为和机理的研究基础上，Tidblad和Graedel在Eriksson，Persson，Leygraf等[19]人实验的基础上，利用计算机初步建立了锌、铜和镍在SO2，铜在(NH4)2SO4大气环境中初期腐蚀过程的理论模型，提出了六区域模型，模型将大气腐蚀的焦点集中在薄液层的特性研究上面，并将水立方体系模型应用到碳钢在不同大气腐蚀条件下的腐蚀产物形成机制和腐蚀速度的研究。