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敞开和闭塞关联液膜下碳钢的电化学腐蚀行为

作　者: 张炫
导　师: 安百钢
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: 碳钢腐蚀关联薄液膜敞开液膜闭塞液膜
分类号: TG172
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 22次
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内容摘要

大气腐蚀是金属材料发生腐蚀失效的最普遍形式,金属的大气腐蚀通常是发生在薄层电解质下的电化学腐蚀过程。为了防止或减缓金属的大气腐蚀,目前,绝大多数的金属材料或构件都采用一定的防腐措施,而其中,有机涂层保护是目前应用最谱遍和最为有效及经济的防腐方法。然而,涂覆涂层的金属材料极易在搬运摩擦,服役过程中发生涂层的局部破损而导致基体金属部分裸露,裸露基体金属表面因直接暴露于大气,其表面形成的电解质层为敞开形式,而由于毛细作用,涂层破损区域涂层下基体金属表面也会形成薄电解质层,但其为闭塞形式,从而使涂层局部破损区域形成了敞开和闭塞薄层相关联的组合式电解质层,而目前对于金属在这种敞开和闭塞薄层相关联环境下的腐蚀行为还缺乏深入的认识。本论文基于上述分析,通过设计建立一套新型的电解池装置,采用电化学阻抗谱、极化曲线,结合腐蚀形貌和腐蚀产物分析,研究了碳钢在3 wt% NaCl电解质形成的敞开和闭塞薄层液膜关联环境下的腐蚀行为和涂层局部破损的环氧涂层/碳钢体系在关联液膜下的干湿循环腐蚀行为,主要结果如下:(1)设计建立了一套能够模拟和用于研究金属处于敞开和闭塞薄层液膜关联环境下腐蚀的电解池装置,该装置能够同时控制电解质层厚度,并可分别对关联环境下,金属在敞开薄液膜和在闭塞薄液膜下的腐蚀进行电化学测量。(2)利用所建立的电解池装置,研究了碳钢在3 wt% NaCl电解质形成的敞开和闭塞液膜关联环境下的腐蚀电化学行为,在所研究的液膜厚度范围(50μm-410μm ),敞开液膜和闭塞液膜下碳钢的腐蚀均受氧扩散控制。敞开液膜下碳钢的腐蚀速率先随液膜厚度降低而增大,当液膜厚度为80μm时,腐蚀速率最高,而后随液膜厚度降低而减小;闭塞液膜下碳钢的腐蚀速率随液膜厚度的降低而呈升高趋势。(3)研究了涂层局部破损的环氧涂层/碳钢体系在3 wt% NaCl电解质形成的敞开和闭塞液膜关联环境下的干湿循环腐蚀行为。涂层破损区裸露碳钢的腐蚀速率至第4干湿循环达到最大,而涂层下碳钢腐蚀速率在第6个循环达到最大值,且涂层下碳钢腐蚀速率均低于裸露碳钢。(4)环氧涂层/碳钢体系中,裸露碳钢(敞开液膜下)的腐蚀产物在干湿循环作用下呈分层结构,其外层腐蚀产物中含有δ-FeOOH和γ-FeOOH,而内层腐蚀产物中除γ-FeOOH外,还含有α-FeOOH。内层腐蚀产物中的α-FeOOH是由于在酸性环境下Fe2+会吸附在γ-FeOOH表面促使其转化为α-FeOOH。(5)由于涂层下基体和裸露碳钢分别处于闭塞和敞开相关联的电解质层下,其腐蚀行为的差异和离子在电解质层间的迁移和扩散导致破损区域基体金属呈现不同的腐蚀形貌,裸露碳钢的中心区域至其边缘腐蚀产物为多层阶梯状分布,而涂层下基体金属腐蚀形貌呈波纹状。

全文目录

中文摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1. 绪论  11-24
  1.1 大气腐蚀的定义及分类  12-16
    1.1.1 大气腐蚀的定义  12
    1.1.2 大气腐蚀的分类  12-16
  1.2 大气腐蚀的危害  16-17
  1.3 薄液层下金属腐蚀的电化学过程和机理  17-21
  1.4 薄层液膜腐蚀的研究现状分析  21-23
    1.4.1 金属在薄层液膜下的腐蚀行为的现状  21-22
    1.4.2 金属在闭塞液膜下的腐蚀行为的现状  22-23
  1.5 本论文的研究目的和意义  23-24
2. 实验材料及研究方法  24-28
  2.1 实验材料  24
  2.2 电解池装置  24-25
  2.3 薄层液膜厚度的测量  25-27
  2.4 电化学测试方法  27-28
    2.4.1 电化学阻抗谱  27
    2.4.2 动电位极化曲线  27-28
3. 碳钢在 NaCl 电解质形成的敞开和闭塞关联薄液膜下的腐蚀电化学行为  28-37
  3.1 敞开和闭塞关联液膜下碳钢的电化学阻抗谱分析  28-34
  3.2 敞开和闭塞关联液膜下碳钢在的极化曲线  34-36
  3.3 本章小结  36-37
4. 关联液膜环境环氧涂层/碳钢体系的干湿循环腐蚀  37-56
  4.1 前言  37
  4.2 实验内容和方法  37-38
    4.2.1 样品制备  37-38
  4.3 结果与讨论  38-55
    4.3.1 电化学阻抗谱的拟合  38-41
    4.3.2 阻抗模型的建立  41-50
    4.3.3 腐蚀速率及腐蚀产物组成分析  50-53
    4.3.4 腐蚀形貌分析  53-55
  4.4 本章小结  55-56
5. 全文总结  56-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
攻读学位期间发表的学术论文目录  64

敞开和闭塞关联液膜下碳钢的电化学腐蚀行为

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