热带海洋大气环境下碳钢大气腐蚀行为规律特征

论文摘要

腐蚀问题遍及国民经济建设的各个领域,大量的构件、装备和设施因腐蚀而失效,给国家带来了巨大的经济损失。其中金属的大气腐蚀最为普遍和严重,金属大气腐蚀造成的经济损失约占各类腐蚀总和的50%。因此,研究金属在大气环境中的腐蚀性能,了解其在不同环境中的腐蚀规律和耐蚀特性,对于合理选用材料,提供相应的防护措施,控制其在大气中的腐蚀速度,延长设备、材料的使用寿命,减少腐蚀造成的经济损失,不仅有重要的理论意义,而且有广泛的应用价值。碳钢和低合金钢是各种构件、装备和工程设施中最常用的金属材料。本文作者采用Q235钢材料样品,在中国海南万宁自然环境试验站进行距海岸不同距离、不同试验周期大气暴露试验,用ESEM、XRD和XPS等对锈层和腐蚀产物进行分析。并对试验区域的温度,湿度等气象条件和Cl-浓度等介质条件进行连续检测分析研究。研究表明,高湿热高盐雾海洋性环境对钢大气腐蚀的影响是一个复杂的过程。Q235钢在湿热、盐雾最为严酷的海洋平台环境下表现出初期腐蚀深度较距海岸25米和95米处更低,大气暴露一年后25米和95米处有趋缓的拐点出现,而海洋平台处样品腐蚀一直加速上升。海洋平台处样品腐蚀深度数据符合幂函数规律（D=Atn）,拟合结果为y=0.3365x1.8719（R2=0.9947）,n值高达1.87。ESEM结果显示由内至外不同层面锈层的微观形貌形态各异,观测到大量几百纳米级的颗粒状、片状、针状和柱状等不同形貌的腐蚀产物。通过锈层微观形貌与样品腐蚀动力学行为相联系得出,针状和柱状腐蚀产物的向上或向下生长将会增加整个锈层的内应力,使得层面间的间距增大,锈层间裂纹和缝隙增大,从而使腐蚀介质更容易侵入,导致锈层内部和基体腐蚀加速。而片状腐蚀产物的生长则朝向不同的方向,在锈层内部产生的应力小,片和片之间相互叠加和遮盖,外来介质侵入内部基体相对较难,对基体具有一定保护作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目重要性及意义
• 1.2 海洋大气腐蚀研究国内外现状
• 1.2.1 大气腐蚀概述
• 1.2.2 海洋大气环境下金属腐蚀的特点
• 1.2.3 海洋大气腐蚀影响因素
• 1.3 海洋大气腐蚀试验方法
• 1.3.1 大气腐蚀动力学分析方法
• 1.3.2 自然环境暴露试验
• 1.3.3 室内模拟试验
• 1.3.4 大气腐蚀电化学研究方法
• 1.3.5 石英晶体微天平（QCM）在大气腐蚀原位动态实时监测中的应用
• 1.4 研究内容和总体思路
• 第二章 海洋大气腐蚀动力学行为
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试验地点
• 2.2.2 试验样品
• 2.2.3 试样处理及检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 小结
• 第三章 海洋大气环境因素对碳钢腐蚀的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 大气中海盐粒子含量测定
• 3.2.2 距海岸不同距离挂样点温湿度测定
• 3.2.3 腐蚀产物中氯离子含量测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 大气中海盐粒子含量
• 3.3.2 距海岸不同距离挂样点温湿度
• 3.3.3 腐蚀产物中氯离子含量测试
• 3.4 小结
• 第四章 海洋大气环境下锈层发生与发展行为
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 腐蚀形貌观测
• 4.2.2 电化学测试
• 4.2.3 腐蚀产物相组成测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 腐蚀形貌
• 4.3.2 带锈试样电化学行为
• 4.3.3 腐蚀产物
• 4.4 小结
• 第五章 海洋大气环境下腐蚀产物的微观形貌对腐蚀发展的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 ESEM测试
• 5.2.2 EDX测试
• 5.2.3 XPS测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 腐蚀产物锈层逐层微观形貌研究
• 5.3.2 内锈层典型点蚀坑及裂纹区微观形貌研究
• 5.3.3 锈层断面腐蚀产物形貌研究
• 5.3.4 距海岸不同距离样品典型的腐蚀产物形貌对比研究
• 5.3.5 腐蚀产物锈层XPS分析研究
• 5.4 小结
• 第六章 结语
• 参考文献
• 致谢
• 附录