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海洋环境中金属材料现场电化学检测及冲刷腐蚀研究

作　者: 雒娅楠
导　师: 宋诗哲
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 实海腐蚀腐蚀检测电化学阻抗谱(EIS) 海水环境因素灰关联分析冲刷腐蚀
分类号: TG115.3
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

我国材料环境海水腐蚀试验网站的基础数据积累研究,已经获得了大量宝贵的腐蚀数据。国家自然科学基金重大项目“材料在自然环境腐蚀过程中原位实时监检测新技术的基础与应用研究”(No. 50499335,2004.9～2008.7)的主要研究内容为“水环境腐蚀站网典型金属材料暴露试件现场实时检测”。针对舟山海域海水泥沙含量大、海生物附着少的特点,对舟山海水腐蚀试验站暴露金属试片进行现场腐蚀电化学检测,研究了金属材料在模拟泥沙海水及实海冲刷环境下的腐蚀行为,为材料在海洋环境中腐蚀行为的研究及预测提供了依据。实现了实海暴露金属试片的现场腐蚀电化学检测,恒电位方波和电化学阻抗谱(EIS)检测结果反映了试片在海水不同区带的腐蚀行为及海水环境因素的直接影响。确定了Q235钢、Q235超细晶钢、09CuPCrNiRE耐候钢和09CuPCrNi超细晶超高强度钢在海水中的极化阻力方程式的B值,为研究碳钢、低合金钢在海水中的腐蚀行为有很大意义。获得了实海试片暴露期间腐蚀速率的连续变化规律,碳钢、低合金钢全浸试片暴露1年和2年的电化学检测结果与失重结果一致。采用灰关联分析法分析了暴露期间试片不同时间的腐蚀速度与海水环境因素(潮位、温度、流速和流向)的关系,结果表明:海水温度是影响全浸和潮差试片腐蚀速度的主要因素,海水潮位对潮差试片腐蚀速度的影响程度与温度的影响非常接近。利用模拟冲刷腐蚀测试系统研究了3C、10CrMoAl、ZHMn55-3-1和HAl77-2在模拟泥沙海水冲刷条件下的腐蚀行为。模拟实海流速0~0.8m/s范围内,流速是影响3C和10CrMoAl腐蚀速度的主要因素,而泥沙含量的影响并不显著。流速和泥沙对ZHMn55-3-1和HAl77-2铜合金在模拟实海流速以及模拟高速下的冲刷腐蚀行为都有影响。在舟山海水腐蚀试验站实现了金属材料的实海冲刷腐蚀电化学检测,检测结果表明:在流速1～3m/s范围内,3C、10CrMoAl和ZHMn55-3-1的腐蚀速度随流速的增加而增大,与实海冲刷腐蚀失重结果一致。材料的冲刷腐蚀形貌也进一步验证了电化学检测结果。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第一章绪论  8-25
  1.1 引言  8-9
  1.2 金属材料海洋腐蚀研究概述  9-13
    1.2.1 海洋腐蚀环境  9-10
    1.2.2 金属材料海洋腐蚀的研究现状  10-13
  1.3 腐蚀检测方法及海水腐蚀检测  13-17
    1.3.1 腐蚀检测方法简介  13-16
    1.3.2 金属材料的海水腐蚀检测  16-17
  1.4 冲刷腐蚀的研究状况  17-24
    1.4.1 冲刷腐蚀的影响因素  17-22
    1.4.2 冲刷与腐蚀的协同作用  22-23
    1.4.3 冲刷腐蚀的研究方法  23-24
  1.5 研究目标及思路  24-25
第二章实验技术  25-35
  2.1 实验材料及制备  25-29
    2.1.1 全浸和潮差试片  25-27
    2.1.2 冲刷腐蚀实验用试样  27-29
  2.2 电化学测试方法  29-32
    2.2.1 腐蚀电位(E_(corr))监测  29
    2.2.2 电化学阻抗谱(EIS)  29
    2.2.3 极化阻力(R_p)测试  29-32
    2.2.4 稳态极化曲线测量  32
  2.3 现场检测极化阻力数据的分析方法  32-35
    2.3.1 局部腐蚀倾向判断  32
    2.3.2 计算腐蚀速率  32-33
    2.3.3 灰关联分析法  33-35
第三章金属材料海水腐蚀现场检测及腐蚀规律研究  35-65
  3.1 引言  35
  3.2 全浸试片的现场检测及腐蚀规律  35-52
    3.2.1 现场检测电极系统  35-36
    3.2.2 全浸试片的现场电化学检测  36-45
      3.2.2.1 E_(corr)随时间的变化  36-38
      3.2.2.2 电化学阻抗谱特征  38-41
      3.2.2.3 R_p随暴露时间的变化  41-43
      3.2.2.4 局部腐蚀倾向  43-45
    3.2.3 碳钢、低合金钢全浸试片的腐蚀规律研究  45-52
      3.2.3.1 极化阻力方程式中B 值的确定  45-46
      3.2.3.2 腐蚀速度与海水环境因素的关系  46-49
      3.2.3.3 全浸试片腐蚀速率的变化规律  49-52
  3.3 潮差区试片的现场腐蚀电化学检测  52-64
    3.3.1 现场检测系统的建立  52-54
    3.3.2 现场电化学检测  54-62
      3.3.2.1 E_(corr)的变化  54-57
      3.3.2.2 电化学阻抗谱特征  57-58
      3.3.2.3 试片R_p的变化趋势  58-62
    3.3.3 试片腐蚀速度与海水环境因素的关系  62-64
  3.4 小结  64-65
第四章典型金属材料在模拟泥沙海水冲刷环境下的腐蚀行为  65-89
  4.1 模拟冲刷腐蚀测试系统的建立  65-69
    4.1.1 模拟实验的设计思路  65
    4.1.2 实验装置  65-68
      4.1.2.1 模拟实海流速冲刷腐蚀实验装置  65-67
      4.1.2.2 模拟高速旋转冲刷腐蚀实验装置  67-68
    4.1.3 测试体系  68-69
  4.2 碳钢、低合金钢在模拟实海流速下的冲刷腐蚀行为  69-78
    4.2.1 3C 船板钢的冲刷腐蚀行为研究  69-74
      4.2.1.1 3C 钢在无泥沙海水中的冲刷腐蚀  69-71
      4.2.1.2 3C 钢在含泥沙海水中的冲刷腐蚀  71-74
    4.2.2 10CrMoAl 的冲刷腐蚀行为研究  74-78
  4.3 铜合金在模拟泥沙海水冲刷环境下的腐蚀行为  78-87
    4.3.1 ZHMn55-3-1 在模拟实海流速冲刷下的腐蚀行为  78-84
      4.3.1.1 电化学阻抗谱特征  78-81
      4.3.1.2 流速和泥沙含量的冲刷腐蚀机制探讨  81-84
    4.3.2 旋转HA177-2 试样在泥沙海水中的冲刷腐蚀行为  84-87
  4.4 小结  87-89
第五章典型金属材料的实海冲刷腐蚀研究  89-107
  5.1 实海冲刷腐蚀测试系统  89-91
    5.1.1 实验装置  89
    5.1.2 实海冲刷腐蚀测试系统  89-91
  5.2 碳钢、低合金钢的实海冲刷腐蚀行为  91-101
    5.2.1 3C 钢的实海冲刷腐蚀行为研究  91-98
      5.2.1.1 E_(corr)随流速和冲刷时间的变化  92-93
      5.2.1.2 电化学阻抗谱特征  93-98
    5.2.2 10CrMoAl 的实海冲刷腐蚀行为  98-101
  5.3 ZHMn55-3-1 铜合金的实海冲刷腐蚀行为  101-105
  5.4 小结  105-107
第六章全文总结  107-110
  1、研究工作总结  107-108
  2、主要创新点  108-109
  3、存在的问题及进一步工作设想  109-110
参考文献  110-120
发表论文和参加科研情况说明  120-121
致谢  121

海洋环境中金属材料现场电化学检测及冲刷腐蚀研究

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