不同模拟大气环境中碳钢腐蚀动力学和机理研究.pdf

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1、学校代码10406分类号TG174.44密级学号080080501004题目不同模拟大气环境中碳钢腐蚀动力学和机理研究作者陈三娟学科、专业材料物理与化学指导教师申请学位日期2011年5月学校代码：10406分类号：TG174.44学号：080080501004南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）不同模拟大气环境中碳钢腐蚀动力学和机理研究硕士研究生：陈三娟导师：林翠教授申请学位级别：硕士学科、专业：材料物理与化学所在单位：材料学院答辩日期：2011年五月授予学位单位：南昌航空大学Thestudyoncorrosionkineticsandmechanismofcarbonsteeli

2、ndifferentsimulatedatmosphericenvironmentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnmaterialsciencebyChenSanjuanUndertheSupervisionofProf.LinCuiSchoolofMaterialScienceandEnginneeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaMay,2011南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要本文利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X-射线衍射（XRD）和光电

3、子能谱(XPS)等分析方法，研究碳钢在无污染大气环境、SO2大气环境以及模拟酸雨环境中的腐蚀行为，借助薄液膜电化学测试装置探索了SO2大气环境中薄液膜下碳钢腐蚀电化学特征，并得出碳钢在薄液膜下的腐蚀动力学表达式。在不同温、湿度无污染大气环境中，随着温湿度升高，碳钢腐蚀速率明显增大。碳钢在相对湿度95%不同温度环境中，10℃和30℃的腐蚀增重曲线符合线性规律，50℃的腐蚀增重曲线符合指数衰减规律；在温度25℃不同相对湿度（RH65%、RH75%、RH95%）环境中，腐蚀增重曲线均符合线性规律。腐蚀产物主要以块状和丝状形式存在，随着温度的升高（50℃），在活性点周围的水滴中腐蚀反应快速进

4、行，有利于块状腐蚀产物形成。相对湿度会影响丝状腐蚀产物的宽度，随着相对湿度增加，腐蚀反应加快，丝状腐蚀产物的宽度增加。腐蚀产物主要是由γ-FeOOH、α-FeOOH和γ-Fe2O3组成，其中在较高温度（50℃）环境中，腐蚀产物增多，γ-FeOOH和γ-Fe2O3含量明显增加。在SO2大气环境中，随着相对湿度的增加，碳钢的腐蚀速率增大，在RH65%和75%环境中增重曲线分为指数增加和线性增加两个阶段，RH85%和95%环境中增重曲线基本呈线性增长，SO2和高湿度的共同作用加速了碳钢的腐蚀。腐蚀形貌主要以腐蚀圈和丝状为主，在低湿度的情况下，很难形成连续的水膜，只能在活性点处由于SO2的酸

5、循环作用继续腐蚀，形成小小的腐蚀圈，随着相对湿度增加，2+高浓度的Fe使得周围水膜顺着一个方向腐蚀，促进了丝状腐蚀产物的生长。腐蚀产物由α-FeOOH、γ-FeOOH、FeSO4、Fe3O4、γ-Fe2O3组成，随着相对湿度的增加，α-FeOOH和γ-FeOOH的含量增加。在酸雨环境中，碳钢腐蚀速率最快，碳钢表面的腐蚀产物松散，易脱落，其微观形貌呈现针簇状和棉絮状，针簇状腐蚀产物的氧含量大于棉絮状腐蚀产物的氧含量。在碳钢的铁素体上优先出现大量的点蚀坑。腐蚀产物主要有γ-FeOOH、Fe3O4、α-FeOOH，其中α-FeOOH含量较少。随着腐蚀的进行，碳钢的自腐蚀电位Ecorr负移，

6、腐蚀电流密度icorr逐渐变大，碳钢的腐蚀倾向变大。薄液膜厚度影响碳钢在薄液膜下的腐蚀电化学特征。当液膜厚度为40µm时，碳钢的自腐蚀电位最负，自腐蚀电流密度icorr最大，氧的极限扩散电流密度ilim最I南昌航空大学硕士学位论文摘要大，说明此时腐蚀倾向最大，氧的扩散最快。随着SO2体积分数的增加，碳钢在薄液膜下的自腐蚀电位Ecorr变负，腐蚀电流密度icorr增加，同时SO2使阴阳极化率降低。薄液膜下的EIS图与本体溶液中的EIS图存在明显的差异，在本体溶液中，碳钢腐蚀不同时间的Nyqust图是由容抗弧和韦伯阻抗组成；在薄液膜下，随着腐蚀的阶段不同，EIS图谱对应三种不同形式等效电

7、路图，腐蚀前期，EIS图谱由单个容抗弧构成，随着腐蚀产物的堆积，出现了韦伯阻抗，在后期，腐蚀产物层已基本形成，此时的溶液电阻、腐蚀产物层电阻以及界面反应电阻构成新的等效电路图。由实验数据建立了碳钢在阳极反应受物质转移控制、阴极反应为受氧扩散和物质转移混合控制的电化学动力学表达式，通过该表达式可以确定SO2大气环境中不同浓度SO2和不同厚度薄液膜下阳极和阴极过程的腐蚀速率及反应动力学基本参数。关键词：碳钢，温湿度，SO2，酸雨，腐蚀机理II南昌航空大学硕士学