X70钢耐蚀性能与铁氧化物膜保护机制初探

论文摘要

以“西气东输”工程为应用背景，采用极化曲线并结合E-pH图分析，研究了西部土壤中主要侵蚀性离子CO32-、HCO3-、SO42-、Cl-对“西气东输”用管线钢X70钢的侵蚀作用。研究发现，在酸性介质中，SO42-、Cl-两种离子对X70钢的侵蚀能力无明显差别，X70钢在含有SO42-、Cl-离子的介质中发生活性溶解，由于含有多种钝性元素以及材料的组织结构较均匀，X70钢在此介质中的耐蚀性优于A3钢。但在含有CO32-、HCO3-的碱性体系中，X70钢的耐蚀性随pH值变化。在含有HCO3-的弱碱体系（pH=8）中，X70钢具有一定的钝化能力，但A3钢的耐蚀能力比X70钢好，在含有CO32-的中等碱体系（pH=10）中，X70钢的耐蚀能力比A3钢好，在含有CO32-的强碱体系中，A3钢的耐蚀能力比X70钢好。金属发生腐蚀后，其腐蚀产物的成分、结构对金属基体的进一步腐蚀有着严重的影响。因为在自然条件下发生腐蚀形成的腐蚀产物膜是十分复杂的，为了便于实验室研究，我们分别研究单组分氧化物膜对于基体的影响。本实验通过对工业纯铁在1100℃下高温氧化5小时，得到Fe2O3氧化物膜，对Cl-离子渗透膜层的机制进行了初探。动电位极化曲线研究表明Fe2O3氧化物膜具有一定的保护作用；交流阻抗和氧化物膜离子选择性测试的研究表明，此Fe2O3氧化物膜具有阴离子选择行，Cl-离子可以进入到氧化物膜内，对氧化物膜的保护性能有一定的破坏作用；Mott—Schotthy曲线结果表明，该氧化物膜为n型半导体具有一定的保护作用，但是在高电位下载流子密度的增加说明了膜中有Cl-离子的渗透。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 国内外研究现状和发展趋势

1.2 电位-PH图的原理

1.2.1 氢电极和氧电极的电位-pH图

2O体系中电位 E与溶液pH值的关系'>1.2.2 Fe-H₂O体系中电位 E与溶液pH值的关系

1.2.3 电位pH图在腐蚀研究中的应用

1.2.4 电位-pH图在腐蚀研究中应用的局限性

1.3 金属氧化物的类型

1.3.1 离子导体

1.3.2 半导体

1.4 能带理论解释半导体特性

1.5 钢铁钝化的双极膜理论

-和 OH^-的作用'>1.5.1 钢铁溶解过程中 Cl^-和 OH^-的作用

1.5.2 腐蚀沉积膜的离子选择性

1.5.3 双极膜钝化机理

1.6 本课题的目的及意义

1.7 本课题研究内容

第二章西部土壤中侵蚀性离子对 X70钢的侵蚀作用研究

2.1 前言

2.2 试验方法

2.2.1 试样制备

2.2.2 腐蚀介质

2.2.3 样品的微观分析

2.2.4 电化学测试方法

2.3 A3钢和 X70钢表面结构特征

2.4 动电位极化曲线

4^2-，Cl^-，H⁺介质中腐蚀行为'>2.4.1 X70和 A3在含SO₄^2-，Cl^-，H⁺介质中腐蚀行为

2.4.2 X70和 A3在纯水体系中的腐蚀行为

3^2-，HCO₃^-介质中的腐蚀行为'>2.4.3 X70和 A3在含有 CO₃^2-，HCO₃^-介质中的腐蚀行为

3^2-、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-对X70侵蚀作用机制分析'>2.5 CO₃^2-、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-对X70侵蚀作用机制分析

2.6 结论

第三章铁氧化物膜保护机制初探

3.1 前言

3.2 试验方法

3.2.1 试样制备及试验介质

3.2.2 试验方法

3.2.2.1 动电位极化曲线

3.2.2.2 交流阻抗测量

3.2.2.3 氧化物膜离子选择性测定

3.2.2.4 氧化物膜半导体性能测定

3.3 表面被高温氧化的工业纯铁电化学腐蚀机理

3.3.1 动电位极化曲线特征

3.3.2 交流阻抗谱图特征

3.3.3 小结

3.4 氧化物膜离子选择性的测定

3.4.1 离子选择性分析

3.4.2 结果分析

3.4.3 小结

3.5 氧化物膜的半导体类型

3.5.1 Mott-Sckotthy曲线分析

3.5.2 小结

3.6 结论

第四章结论

参考文献

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致谢

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