金属材料大气腐蚀研究进展汇总
金属材料防腐技术的研究进展
HE Y i , 一, XU Zh o n g— h a o , CHEN Ha n g — y u , T ANG Y a h . . 1 i ., C HEN Da n
( 1 . S c h o o l o f C h e m i s t r y a n d C h e m i c l a E n g i n e e r i n g , S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e m i t y , C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 , C h i n a ; 2 . S t a t e K e y
展, 并展望 了金属防腐理论与技术 的发展趋势。 关键词 : 金属材料 防腐 ; 缓蚀剂 ; 镀层; 涂层
中图分类号 : T Q 6 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 1— 3 2 0 6 ( 2 0 1 3 ) 1 1— 2 0 6 5— 0 3
Th e r e s e a r c h p r o g r e s s o f me t a l ma t e r i a l c o r r o s i o n pr o t e c t i o n t e c h n o l o g y
中的, 2 O 世纪 6 O年代是腐蚀科 学技术发展 的黄金 期, 正是这个时期促进了缓蚀剂的快速发展 , 缓蚀剂 的品种也相应 的增加。7 0年代末 , 7 7 0 1 复合缓蚀剂 的成功研 制 , 解 决 了 国 内油 井 酸化 缓 蚀 剂技 术 的难 题, 此后缓蚀剂品种 和缓蚀机理方 面的研究快速发 展, 目 前部分缓蚀剂产品已经能够达到 国外 的技术 水平 , 有些用于油井酸化 的缓蚀剂 已经处于世界领
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。
铝合金大气腐蚀监测及涂层体系腐蚀失效检测技术研究
水下部 分 , 有机涂层 的主要破坏形式为起泡 、 生锈 、 脱落 。在 海水环境 中有机涂层起泡是最为普通的早期破坏现象 。起泡
通 常是涂膜局部丧失防腐蚀能力 的最早外观表征 。
22 涂层体 系腐蚀失效的电化学检测 . 涂层下金属 的腐蚀 主要是 电化学腐 蚀 , 有机涂层在金属 的防护失效过 程 中, 总伴 随着 一系列 的电化 学变化 , 过检 通
【 关键词】 金属材料; 腐蚀监测; 涂层体系; 腐蚀失效; 耐久性; 无损检测
除在干燥的大气 环境 中发 生表 面氧化 、 硫化造成失 去光 泽和变色等是属于化学腐蚀外 , 在大多数情况下大气腐蚀 属 于薄液膜下 的电化学腐蚀 。当达到一定 的临界湿度后 , 露 暴 于大气 中的金属表面便会形成“ 看不见 的” 电解质薄液膜 。就 完 全未受污染 的大气来 说 , 在恒温条件下 , 一个 完全干净 的
S in e& Te h oo y V s n ce c c n lg io i
科 教前 哨
科 技 视 界
21年 0 月第 0 期 02 3 9
f) ev 探 针技术 2 K li n K li 探针技术主要 是利用振动 电容法测量两金 属间表 e n v 面 电位差 , 探头的主要 部分是设 置在待测 电极上方并 可上下
0 引言
腐蚀科学作为- I 应用 科学 , -' q 与其它基 础学科 有着千丝
万 缕 的联 系 . 础学 科 的发 展 必 然 会 对 腐 蚀 学 科 的发 展起 着 基
巨大 的推动作用 。计算机技术的迅速发展与提高 。 促进腐蚀 与防护领域 的研究方法与控制手段不断更新换代 , 显示出强 大的应用发展潜力 。近年来 , 应用数学取得 了许 多重要的成 就, 神经网络 、 小波分析和分形理论及技术引人注 目, 科学家 将它 们引入研究领 域 , 取得 了很多有 意义的成果 , 如腐 蚀预
考虑大气腐蚀影响的钢结构剩余抗震性能研究进展
考虑大气腐蚀影响的钢结构剩余抗震性能研究进展
张岳林;冉翠玲;王伟;顾跃跃;方成
【期刊名称】《同济大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2024(52)5
【摘要】对考虑大气腐蚀影响的钢结构剩余抗震性能的现有研究进行综述,首先探讨了钢在大气环境下腐蚀程度随时间的变化规律,其次从材料、构件、结构体系3个层次梳理了腐蚀对钢结构抗震性能影响的研究现状,最后针对该领域当前研究的不足进行了详细评述。
该领域下一步重点研究方向应包括腐蚀预测新方法、考虑蚀坑分布随机性的建模方法、焊缝腐蚀与焊缝超低周疲劳的交叉学科研究、适合腐蚀结构地震易损性分析的高效建模方法。
【总页数】12页(P726-737)
【作者】张岳林;冉翠玲;王伟;顾跃跃;方成
【作者单位】同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室;同济大学土木工程学院;中国二十二冶集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.Cr含量对耐大气腐蚀钢耐大气腐蚀性能的影响
2.考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余极限强度研究进展
3.围护结构对钢结构工业厂房抗震性能影响的研究进展
4.
考虑不均匀腐蚀影响的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究5.考虑弱支撑的装配式钢结构抗震性能推覆分析
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金属材料的腐蚀疲劳研究进展
机电信息工程金属材料的腐蚀疲劳研究进展邵长静(辽宁装备制造职业技术学院,辽宁沈阳110161)摘要:本文首先深入阐述了金属腐蚀疲劳机理,其后分析了金属材料腐蚀疲劳的主要影响因素,在此基础上提出了一系列腐蚀疲劳试验技术的研究。
关键词:金属材料;腐蚀疲劳;研究1金属腐蚀疲劳机理1.1腐蚀疲劳裂纹萌生机理1.1.1局部腐蚀理论局部腐蚀理论本质上来讲主要是指在腐蚀环境及疲劳载荷的影响下形成了交互作用,导致材料的表面出现一系列腐蚀坑,而在其底部及边缘部分产生了应力集中,导致腐蚀疲劳提前出现。
而这样的理论我们通常将其灵活运用于发生局部腐蚀的材料,尤其是对于铝合金面,但值得注意的是,这一理论无法从真正意义上解释表面没有腐蚀坑却出现了腐蚀疲劳这一现象的原因,整体上具有极强的局限性和片面性。
1.1.2形变活化理论从一定意义上来讲,我们可以#形变活化理论看作是阳极滑移溶解模型。
其具体的实现过程中会经过如下3个步骤:第一,具有阳离子的相关液体不断扩散;第二,金属材料表面的保护性氧化膜破裂;第三,金属表面不断腐蚀溶解。
在这一理论中,金属材料的晶体会在载荷的作用下发生一定的变形,而变形区域的活化能相比于未变形的位置更高。
基于此,变形区域及未变形区域基于环境的相关影响共同组成了原电池,其分别可以作为电池的阳极和阴极,阳极不断受到腐蚀发生溶解现象,最终造成了大量的疲劳裂纹。
形变活化理论在目前大多用于分析高强钢的腐蚀疲劳现象,基本不会应用在高强铝等材料的腐蚀中。
1.1.3表面钝化膜破坏理论表面钝化膜破坏理论主要是指金属材料基于一定的荷载作用不仅仅发生了一定的晶体滑移,同时其也形成了腐蚀产物,直接阻止了晶体的可逆滑移,久而久之,如果不及时采取相应的措施会造成表面的错位,导致钝化膜直接破裂。
基于滑移处形成阳极区作者简介:邵长静(1982-),女,辽宁凌源人,硕士,讲师,研究方向:金属材料成型及控制、'属材料的耐蚀性、'属材料的表面处理等%域,此时阳极区域会迅速地溶解,直到钝化膜被再次修复。
海洋大气环境中含稀土耐候钢暴露1年的耐蚀性能研究
海洋大气环境中含稀土耐候钢暴露1年的耐蚀性能研究陶鹏;孙金全;董彩常;杨海洋;张波【摘要】Objective To research corrosion resistance of ordinary weathering steel and rare earth weathering steel (Cu-P-RE steel).MethodsBy the test of corrosion rate, the electronic probe and metallurgical technology, the effect of RE on characteris-tics of corrosion resistance wasdiscussed.ResultsAfter RE was added to the weathering steel, the rust layer became more con-tinuous and denser, and the number of crack and holes decreased.Conclusion The physical barrier effect of rust layer including RE on corrosive medium is relatively perfect, which could restrain the corrosion of corrosive medium to steel matrix and en-hance the protective ability of matrix. The existence of RE elements is helpful to reduce the corrosion rate of weathering steel in the marine atmospheric environment of Qingdao and improve the atmospheric corrosion resistance of weathering steel.%目的研究普通耐候钢和含稀土耐候钢(Cu-P-RE钢)的耐蚀性能.方法通过腐蚀速率测试、电子探针、金相制作等技术手段探讨稀土对耐候钢耐蚀性能的影响.结果在耐候钢中加入稀土后,含稀土耐候钢比普通耐候钢的锈层更加连续致密、裂纹孔洞数量减少.结论含稀土锈层对腐蚀介质的物理阻挡作用相应改善,可有效抑制腐蚀介质对钢基体的进一步腐蚀,对基体的保护能力增强.稀土元素的存在有利于降低耐候钢在青岛海洋大气环境下的腐蚀速率,改善耐候钢的耐大气腐蚀性能.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2017(014)005【总页数】4页(P21-24)【关键词】耐候钢;稀土;耐蚀性能【作者】陶鹏;孙金全;董彩常;杨海洋;张波【作者单位】钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071;山东科技大学,山东青岛 266000;山东科技大学,山东青岛 266000;钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071;钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071;钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071【正文语种】中文【中图分类】TJ07;TG174金属腐蚀对国民经济和社会发展造成的危害非常严重,不仅会引起巨大的经济损失,破坏设备引发事故,还会造成环境污染等一系列问题。
钢大气腐蚀锈层的红外、拉曼光谱研究
nl T _ 。 Il
。
8 8
实验中秤取一定量锈层粉末样品, 充分研细后利用模具
. 各锈层样品的红外吸收光谱 , 均是在 室温条件下利 用北 2 2 拉 曼散射光谱 的测试 系统及条件 京师范大学分析测试中心 的傅里叶变换红外光谱仪(7S 10X 各锈层样 品的激光拉曼光谱 图, 均在 室温条件下利 用北 京大学重点实验室激光拉曼光谱仪( i 2 测得, Dl 型) O 全部采 型) 测得 ,测量光谱区域波 数为 4 0 0 m ,设定扫 描 0  ̄14 0c
加压至 5 Ot c 制成样 品压 片,分别 置于光 谱仪 样品 ~1 ・ m
维普资讯
第2 卷 , 1 期 6 第 2
2006年 12月
光
谱
学 与 光
谱 分
析
v l2' 1, 24— 5 0 6 ・ N 2p 27 20 p 2
De e e ,2 0 c mb r 0 6
p S eto c p n p cr lAn lss cr s o y a d S eta ay i
蚀总量的一半 以上 , 在钢材 的大气 腐蚀研 究 中, 钢和低合 碳 金钢的腐蚀尤为重要。 各发达 国家 已经积 累了大量的各种材
本文以 青岛腐蚀站带锈样品为研究对象, 运用红外吸收光谱 和拉曼散射光谱分析的方法, 分别进行了比较测试及分析,
为大气腐蚀试验课题提 供有用的测试信息 。
作者简介 : 晓梅 ,女,1 6 杨 9 3年生 , 宁夏大学物理电气信息学 院副教授
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
耐大气腐蚀钢及表面稳定化处理的研究综述
个 复杂 的体系 , 除人 为 的环境污 染外 , 蚀率 还与 腐
高 P钢 具有很好 的耐 大气腐 蚀性 能 。耐候钢 的系统
研 究最 早是从 美 国开 始 的 ,9 6年 ,美 国材料 试验 11
风 速风 向 、 温雨 量 、 气 降露周期 、 阳辐射 、 太 季节 变换 及 大气 中 自然尘 埃 等有关 。 相 同外 部条件下 , 在 因雨 水 的淤 积钢铁 背 面腐蚀 速度 明显 高于 阳面 。 钢铁 在大 气 中发生腐 蚀 的主要原 因是 表面覆 盖 有 一层性 质类似 电解 液 的水 膜 。水膜 提供 了钢铁 表 面 电化学腐 蚀反 应 的外部 条件 ,其厚度 直接 决定 了 钢铁腐 蚀速 率 。钢铁表 面 吸附水 膜 的厚度 与 环境湿
盐 粒 子对 钢铁 腐蚀 速 度 的影 响最 大 11 纯 净 的乡 3, ,在 4
2 耐大气腐蚀钢 的国内外发展
早 在 2 纪初 , 0世 欧美等 国就 开始对 钢 的耐大气
腐蚀 性进行 研究 。 人们 在长期 实践 中发现 含 C u钢和
村 大气环 境 中钢 铁腐蚀 率很 低 。钢 铁 的大气腐 蚀是
收稿 日期 :0 6 1— 6 20—02
Байду номын сангаас
学会 和英 国钢铁 协会等 部 门 曾对 钢材 的耐候 性进行 大规 模 系统 的大气 暴露 试验 。结 果表 明 , 中 的 P 钢 、 c 、r u c 等元 素对提 高 耐候性非 常 有效 , iM 、 lV、 N 、 oA 、 T 等元 素 也有 一定 的辅助 效 果 。在 此基 础 上 ,9 0 i 12 年 , 国钢铁公 司开始大 规模研 究 耐候性 的规律 , 美 用 3 片试 样在 不 同环 境 、不 同条 件 的 4个 地 区进行 万
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。
大气环境下风电塔筒金属材料的应力腐蚀
C o . ,L t d ,X i a n g t a n i n H u n a n P r o v i n c e 4 1 1 1 0 2 ) Ab s t r ac t :T h e s t r e s s c o y r o s i O i l i n a t m o s p h e r i C e n v ] r o n m e n t w i I 1 l e a d t o t h e b r i t t 】 e f r a c t u r e o f
1 应 力腐 蚀 特 征 及 机 理
1 1应 力腐 蚀 的 特 征
应力腐 蚀断裂 是应 力 腐蚀介 质协 同作 用引起 的金 属腐蚀 断裂现象 。发生应力腐蚀 断裂通 常需 具备 以 F条 件 :敏感材料 、特定环 境和托 伸虚 力 0 ,因此应 力腐 蚀
断 裂 具 有 以下 几 个 特 征 : 1 . 1 . 1 应 力 特 征
的 呵冉 生能源 , 目前 ,风力发 电已经成为我 国可持续 发 展战略 的重 要组成部 分。海 j 二 风能资源极 为丰富 ,海上
风 电 具有 巨 大 的 发 展 空 间 ,我 国 风 力 发 电 “ 二 五 ”规 划 已 经 明 确 提 出海 上 风 电将 成 为 重要 的发 展 方 向 。 塔 简 是 风 力 发 电 机 组 的 主 要 支 撑 结 构 ,在 服 役 过 程 中 ,会 经 受 日光 、雨 水 、腐 蚀 介 质 等 环 境 因 素 作 用 ,容
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。
铝和铝合金的大气腐蚀机理完整版
铝和铝合金的大气腐蚀机理集团标准化办公室:[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]1铝和铝合金的大气腐蚀机理铝和铝合金的表面氧化膜是铝合金具有耐大气腐蚀性的主要原因.铝的氧化膜(γ-Al2O3)在室温的大气中就可以生成,而且非常迅速和致密,厚度为25~30.也就是说,氧化膜在大气环境中具有自修复功能.若有水存在或者暴露在大气中几个月以后,最初形成的γ-Al2O3的外层转变为一薄层γ-AlOOH.然后,在γ-AlOOH上又会覆盖上一层Al(OH)3(也可写成Al2O3·3H2O).从铝-水体系的电位-pH图可知,Al(OH)3在较大的pH范围内都会保持稳定.Al(OH)3从pH=4开始溶解;当pH=2.4时,认为Al(OH)3会完全溶解(事实上,即使pH=2.0时,铝表面的腐蚀类型仍然是孔蚀.).大部分的降雨、差不多所有的雾、表面蒸发浓缩的液层和铝表面小孔内的电解质都会使铝处于腐蚀状态.环境因素对铝的大气腐蚀的影响和其它金属相似,与环境大气的相对湿度、温度、大气中SO2的浓度、Cl-的含量以及降水的数量、酸度相关性较大,同时也受到O3,NOx及CO2等污染组分的轻微影响.大气污染物通过干湿沉降,使得金属表面存在着和大气中同样丰富的化学组分.暴露在大气中的铝合金表面可分为三层:铝合金及其氧化膜、腐蚀产物层和大气污染物形成的污染层或薄液膜.根据大气化学组分对铝和铝合金化学、电化学反应的不同及形成的腐蚀产物的性质不同,存在着不同的腐蚀机制.1.氯离子的存在是引起铝和铝合金大气腐蚀的重要原因.由于铝的氯化物具有可溶性,在户外暴露的铝表面上并没有大量的氯化物层存在,只有少量的氯离子进入到腐蚀产物层.Cl-通过竟争吸附,逐渐取代Al(OH)3表面上的OH-生成AlCl3,如方程式(1)~(3)所示:Al(OH)3+Cl-→Al(OH)2Cl+OH-(1)Al(OH)2Cl+Cl-→Al(OH)Cl2+OH-(2)Al(OH)Cl2+Cl-→AlCl3+OH-(3)2.空气中的CO2能有效地阻碍NaCl引发的铝的大气腐蚀.铝在不含CO2潮湿空气中的腐蚀速率,和在正常CO2水平的空气中的腐蚀速率相比,约是后者的20倍.有人认为,CO2中和了在铝表面阴极区氧还原产生的氢氧根离子,降低了液层pH值,从而使得铝的溶解速率下降.3.一般认为:O3是潜在的加速剂,通过氧化H2S、SO2和NOx而影响金属的大气腐蚀.O3还能够通过自身的去极化反应,引起铝腐蚀.实验表明,铝暴露在不同大气污染物(10ppm的SO2,NOx,O3,取样大气)的气体(25e和98%相对湿度)四个星期以后,O3引起的腐蚀失重最大,其次是SO2,NO2,取样大气,NO.氧化膜的完整性及成分还受到铝合金的化学组分和微观结构的影响.为了提高铝合金的力学性能,往往要加入一些合金元素,并进行一定的热处理(固溶、淬火、时效等).一些杂质元素如Fe、Mn、Si也常以FeAl3、AAlMnSi、SiO2等形式出现在铝合金当中.这些合金元素对铝合金微观结构的影响是不同的,要根据它们是存在于固溶体中,还是作为第二相分散在铝基体或者偏聚在晶界上.当合金元素形成的化合物颗粒存在于金属表面时,它们表面的氧化膜往往很薄,甚至不存在.传统的铝和铝合金大气腐蚀试验传统的大气腐蚀一般通过大气暴露实验、室内模拟加速试验进行研究.大气暴露试验能够反应材料在自然环境中的实际腐蚀情况,所得数据直观、可靠,虽然试验周期长、速度慢、费用高,但它是铝和铝合金大气腐蚀研究的重要方法.室内模拟加速试验可以显着减少试验时间,快速地对材料的大气腐蚀行为进行评价和预测,不能完全地取代大气暴露试验.铝合金的腐蚀速率表征既采用普遍使用的年失重量多少,也使用孔蚀坑的深度及数量分布和力学性能(抗拉强度、屈服强度)损失量.观察腐蚀形貌和分析腐蚀产物时,使用一些物理化学分析手段,如光学微镜、扫描电镜、X射线衍射分析、X射线光电子能谱等.室内模拟加速试验常见的大气腐蚀的室内加速试验有湿热试验、盐雾试验、干湿周浸循环试验以及多因子复合试验,一般认为干湿交替的周浸循环试验比较能够反映大气腐蚀的特点.干湿交替的周浸循环试验的最初提出是为了评价耐候钢的性能,适用于有钝化膜的金属及合金.这种研究方法从电化学的角度来说,也是合理的.对于铝合金,可以采用此方法进行大气腐蚀试验,评价铝合金的耐蚀性.采用pH=3.0的5%NaCl+015%(NH4)2SO4(用醋酸调节pH值)作加速剂,对LY12和LC4两种高强铝合金进行了间歇盐雾和周期轮浸腐蚀试验,与广州,琼海十年的实地暴露试验结果对比.他认为两种铝合金加速方法之间有类似的腐蚀动力学规律,其中前者相对于大气腐蚀有较好的模拟性和加速性.也有人采用简易方法模拟湿热大气腐蚀试验,在工业纯铝ZL10和ZL109合金表面诱发腐蚀,观察和分析了铸铝合金中第二相和腐蚀产物的微观形貌及化学成分.在吸附了水分和侵蚀性氯离子微观孔隙周围,由第二相粒子和铝基体构成腐蚀微电池发生电化学反应,电位较负的铝首先发生溶解,导致局部点状腐蚀,腐蚀产物主要为铝的不溶性氢氧化物,还含有少量的氧化铝等.用室内加速试验评价结构铝合金的耐大气腐蚀性时,除测量失重和孔蚀深度外,应包括金相分析和力学试验.室内模拟加速试验从单因子控制到多因子控制,从简单的电位测量到交流阻抗技术等多种测量技术的应用,在过去的几十年里得到一定程度的发展.但是在大气腐蚀机理研究和准确地重现大气暴露试验结果方面,仍有较大的差距.室内模拟加速试验的重复性还需要提高.一部分研究者做了室内气体腐蚀试验,通过对一种或几种腐蚀性气体组分浓度、相对湿度、温度及暴露时间条件控制,观察金属的腐蚀并通过多种手段分析腐蚀产物,给出腐蚀过程的动力学规律和腐蚀机理.不过,这些实验仅仅局限于纯铝材料,研究工作处于起步阶段.Oesch用气体试验箱分析了各腐蚀性气体成分对纯铝大气腐蚀的影响.他认为臭氧对铝的大气腐蚀的影响要强于SO2和NO2.Bl?cher通过控制空气中CO2的浓度,研究了CO2阻碍NaCl引发铝的大气腐蚀机制.综上所述,传统的大气腐蚀试验得到的数据是一段时间内金属的宏观的、统计的腐蚀行为和规律,对大气腐蚀过程中的关键反应和中间过程缺乏清楚的描述.随着仪器制造技术的进步,人们越来越趋向于对金属的大气腐蚀过程进行连续、原位的研究,从微观上,甚至于原子尺度上认识其腐蚀规律.实验结论(1)微合金化后的耐腐蚀性与合金中各相的电极电位有很大的关系.若基体相为阴极相,第二相为阳极相,合金一般有较高的耐蚀性;反之,若基体相为阳极相,第二相为阴极相,则第二相数量越多,电位越高,合金腐蚀越严重.(2)Al-7%Si合金的腐蚀从硅相及晶间处优先开始,以点蚀为主.加入Cu元素,实验合金有明显的晶间腐蚀倾向.其它元素影响相对较小.(3)电化学实验结果表明,所有实验合金均较快进入钝态,随着各合金元素的加入,实验合金的自腐蚀电位向负向移动,腐蚀电流密度增加.合金元素和杂质元素的影响合金元素对铝和铝合金耐蚀性的影响是一个复杂的问题。
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
热镀锌钢在大气及土壤环境中的腐蚀-磨损性能研究
热镀锌钢在大气及土壤环境中的腐蚀-磨损性能研究热镀锌钢在大气及土壤环境中的腐蚀/磨损性能研究概述:随着现代社会的发展,各行各业对耐腐蚀材料的需求越来越高。
热镀锌钢作为一种常用的耐腐蚀材料,广泛应用于建筑、汽车制造、船舶建造等领域。
然而,由于大气和土壤环境中存在着不同的腐蚀和磨损因素,热镀锌钢的耐久性能仍然需要进一步研究。
一、大气环境中的腐蚀/磨损性能:1. 大气中的腐蚀机制:大气中的湿润和污染因素会加速热镀锌钢的腐蚀过程。
首先,湿润的环境会使热镀锌钢表面形成水膜,并通过氧气的传递增加了锌的溶解速率。
其次,空气中的污染物,如二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等,会与水膜中的氧气一起形成腐蚀介质,进一步加剧了腐蚀的程度。
2. 大气中的磨损机制:大气中悬浮的粉尘、颗粒物和冲击物会对热镀锌钢表面造成磨损。
这些物质和物体在风力或水流的作用下,与热镀锌钢表面发生摩擦,导致表面氧化层和保护层的磨损、剥落。
二、土壤环境中的腐蚀/磨损性能:1. 土壤中的腐蚀机制:土壤中含有的盐、酸、碱等化学物质,以及土壤微生物的作用,都会对热镀锌钢产生腐蚀。
盐类能增加土壤电导率,进而增强了腐蚀过程;酸碱性土壤会破坏热镀锌层的稳定性;微生物会通过产酸、产碱或产气等方式导致热镀锌钢的腐蚀。
2. 土壤中的磨损机制:土壤是由颗粒状物质组成的,热镀锌钢在土壤中的使用过程中,会受到颗粒物的撞击和磨擦。
此外,土壤中的湿润度也会增加颗粒物与热镀锌钢表面的接触面积,加剧了磨损现象。
三、耐腐蚀/磨损性能改善的方法:1. 材料设计:可以通过调整热镀锌层的成分、厚度和结构等,提高其耐腐蚀性能。
同时,对热镀锌钢的基材进行改进,选择具有更高耐腐蚀性的材料,可以有效提高整体材料的腐蚀/磨损性能。
2. 表面处理:通过在热镀锌层表面涂覆防蚀/磨损涂层,形成双层保护,可以增强热镀锌钢的抗腐蚀/磨损能力。
3. 环境选择和控制:合理选择使用环境,尽量避免热镀锌钢暴露在腐蚀/磨损环境下。
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。
大气湿度对材料腐蚀性能的影响研究
大气湿度对材料腐蚀性能的影响研究引言:材料的防腐蚀性能一直是工程领域中一个重要的研究方向。
众所周知,湿度是大气中水汽含量的浓度刻画,而湿度的变化往往会对材料的腐蚀性能产生重要影响。
本文将探讨大气湿度对材料腐蚀性能的影响以及可能的应对方法。
影响因素分析:大气湿度是腐蚀过程中的一个重要因素,它通过与材料表面的物质相互作用,加速了腐蚀的发生。
湿度的变化也会引起材料的氧化、腐蚀速率的变化,从而对材料的性能产生显著的影响。
此外,湿度还与大气中的污染物质相互作用,形成强酸或强碱,进一步加剧了材料的腐蚀。
湿度对金属材料的影响:湿度对金属材料的腐蚀性能有着直接而显著的影响。
在高湿度环境中,金属表面很容易受到水分的吸附,在水膜的存在下,金属表面的电化学反应得以促进,从而加速了腐蚀发生。
此外,湿度的变化还会影响金属表面的氧化速率,使金属材料的耐蚀性能发生变化。
湿度对非金属材料的影响:除了金属材料,湿度也会对非金属材料的腐蚀性能产生影响。
例如,高湿度环境下的陶瓷材料容易与水蒸气发生反应,引起材料的膨胀和开裂。
湿度变化还会导致木材吸湿膨胀和变形,降低其机械强度。
应对方法:针对大气湿度对材料腐蚀性能的影响,科学家们提出了一系列的应对方法。
首先,合理选择材料,使其具有良好的抗腐蚀性能。
例如,在高湿度环境下使用不锈钢材料,可以有效降低材料的腐蚀速率。
其次,处理材料表面,采取防护措施,例如表面镀层、电镀等,提高材料表面的耐腐蚀性能。
此外,也可以通过调节湿度和温度的组合,以降低腐蚀速率,缓解大气湿度对材料的影响。
未来展望:随着科学技术的不断进步,对大气湿度对材料腐蚀性能影响的研究也将不断深入。
未来的研究可以进一步深入探讨湿度与温度、大气污染物等因素之间的综合关系,全面分析材料腐蚀性能的变化。
此外,从材料本身的角度,也可以研究设计具有更好腐蚀抵抗性能的新型材料。
结论:湿度作为大气中的一个重要因素,对材料腐蚀性能具有直接而显著的影响。
海南湿热海洋大气环境Q235_钢腐蚀行为研究及严酷度评估
装备环境工程第20卷第7期·90·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年7月船舶及海洋工程装海南湿热海洋大气环境Q235钢腐蚀行为研究及严酷度评估覃粒1,吴德权1,胡涛1,贺琼瑶1,唐蔓夕1,赵方超1,杨明波2(1.西南技术工程研究所,重庆 400039,2. 重庆理工大学,重庆 400054)摘要:目的探究我国典型湿热海洋大气环境特征,以Q235钢为标杆材料,评估并可视化展示海南湿热海洋大气环境严酷度。
方法以海南岛为典型湿热海洋地区,基于分布全岛全域的13个站点开展自然大气环境试验,采集各站点大气环境数据与Q235钢材料性能数据。
通过分析表观形貌、腐蚀质量损失等性能,探究Q235钢在海南大气环境的腐蚀行为规律及其在全岛不同区域的腐蚀程度差异。
基于大气环境因素与Q235钢腐蚀行为间相关性研究,筛选腐蚀敏感环境因素,构建“腐蚀质量损失-敏感环境因素”映射模型。
基于Q235钢海南各地区腐蚀质量损失数据,通过Griddata插值,计算绘制腐蚀质量损失分布地图。
结果掌握了Q235钢在海南各地区腐蚀行为差异,可视化展示了海南大气腐蚀严酷度。
结论影响Q235钢海南地区腐蚀的敏感环境因素为离海距离及湿度大于80%的时间。
海南地区沿海岸及东部地区大气环境腐蚀严酷度高,中部及西部地区严酷度低。
关键词:Q235钢;海南;湿热海洋大气环境;腐蚀;相关性中图分类号:TG172 文献标识码:A 文章编号:1672-9242(2023)07-0090-08DOI:10.7643/ issn.1672-9242.2023.07.012Corrosion Behaviors of Q235 Steel and Severity Evaluation for Humid andHot Marine Atmosphere Environmental in HainanQIN Li1, WU De-quan1, HU Tao1, HE Qiong-yao1, TANG Man-xi1, ZHAO Fang-chao1, YANG Ming-bo2(1. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China; 2. Chongqing Universityof Technology, Chongqing 400054, China)ABSTRACT: The work aims to explore the typical characteristics of hot and humid marine atmospheric environment in China and evaluate and visualize the severity of hot and humid marine atmospheric environment in Hainan with Q235 steel as the benchmark material. With Hainan Island as a typical humid and hot marine atmosphere area, the natural atmospheric environ-ment test was carried out based on 13 stations distributed throughout the island, and the atmospheric environment data and Q235 steel material performance data of each station were collected. By analyzing the apparent morphology, corrosion weight loss and other properties, the corrosion behavior rules of Q235 steel in Hainan atmospheric environment and the corrosion degree differ-ences in different areas of Hainan were explored. Based on the correlation between atmospheric environmental factors and Q235收稿日期:2023-01-16;修订日期:2023-02-28Received:2023-01-16;Revised:2023-02-28作者简介:覃粒(1996—),男,硕士。
镁合金研究腐蚀方法xps
镁合金研究腐蚀方法xps镁合金作为一种具有良好力学性能和低密度的轻质金属材料,具有广泛的应用前景。
然而,高活性的镁在大气和水环境中容易发生腐蚀,导致其应用受到限制。
因此,研究镁合金的腐蚀行为以及腐蚀机理,对于改善其防腐蚀性能具有重要意义。
X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)是一种应用于材料表面化学分析的表征方法。
利用XPS技术,可以分析材料表面的化学组成、氧化态以及表面的有机和无机化合物等信息。
下面将重点介绍在镁合金腐蚀研究中应用XPS的方法和优势。
首先,利用XPS可以分析镁合金表面的化学组成和氧化态。
镁合金腐蚀的主要形式是氧化腐蚀,因此了解材料表面的氧化态对于深入研究其腐蚀行为具有重要意义。
XPS可以通过分析样品表面的Mg2p和O1s等能级的光电子峰,获得材料表面的化学信息。
通过比较不同条件下镁合金样品的XPS谱图,可以了解材料在不同腐蚀环境中的氧化态变化情况,进一步揭示镁合金腐蚀机理。
其次,利用XPS可以分析镁合金腐蚀后产生的腐蚀产物。
镁合金的腐蚀产物主要包括氧化物、氢氧化物和碳酸盐等。
这些腐蚀产物的形成和分布不同,对于镁合金的腐蚀行为和腐蚀速率具有一定的影响。
通过分析腐蚀产物的XPS谱图,可以获得其化学组成、元素的化学状态以及分布情况,为镁合金的腐蚀机理提供线索。
此外,XPS还可以分析镁合金表面的有机污染物。
在实际应用中,镁合金往往暴露在大气中,表面容易被有机污染物覆盖。
这些有机污染物对镁合金的腐蚀行为产生重要影响。
通过分析镁合金表面的C1s能级,可以获得有机污染物在材料表面的分布情况和组成,进而研究其对腐蚀行为的影响。
综上所述,XPS作为一种表征材料表面化学性质的方法,可以应用于镁合金的腐蚀研究中。
通过XPS,可以分析材料表面的化学组成、氧化态以及有机污染物等信息,揭示镁合金的腐蚀机理。
这将有助于改进镁合金的防腐蚀性能,推动其在各个领域的应用。
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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。