Fe(Ⅱ)對鋼鐵腐蝕產(chǎn)物催化相轉(zhuǎn)化的研究.pdf

1、鋼鐵作為國民經(jīng)濟的基本支柱之一，對于現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防工程、交通運輸和人們的日常生活等起著極其重要的作用。鋼鐵按其化學(xué)成分可分為碳鋼和耐候鋼。由于外界環(huán)境因素，比如時間以及濕度等，鋼鐵在使用過程中會產(chǎn)生腐蝕問題。不同的使用環(huán)境，鋼鐵的腐蝕產(chǎn)物也不相同。作為鄉(xiāng)村環(huán)境下鋼鐵腐蝕的初期產(chǎn)物γ-FeOOH，F(xiàn)e(Ⅱ)離子在其轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的α-FeOOH，F(xiàn)e3O4的過程中起到促進相轉(zhuǎn)化的作用。β-FeOOH作為海洋環(huán)境鋼鐵的主要腐蝕產(chǎn)物，

2、鋼鐵表面的薄膜層中的Fe(Ⅱ)離子和環(huán)境中的Cl-可共同作用促進β-FeOOH向更穩(wěn)定的物相，如α-FeOOH，F(xiàn)e3O4等轉(zhuǎn)化。α-FeOOH的生成可降低鋼鐵的腐蝕速率。工業(yè)環(huán)境中，大氣中存在的硫化物，氮氧化物等物質(zhì)可迅速氧化Fe(Ⅱ)生成δ-FeOOH，隨著腐蝕的進行，產(chǎn)物中逐漸出現(xiàn)γ-FeOOH、α-FeOOH、α-Fe2O3等成分。Fe(Ⅱ)離子對δ-FeOOH的轉(zhuǎn)化和γ-FeOOH、α-FeOOH等的生成有促進作用。本文主要研

3、究鋼鐵腐蝕初期階段電解質(zhì)薄膜中Fe(Ⅱ)離子對腐蝕的初期產(chǎn)物γ-FeOOH的催化轉(zhuǎn)化作用及機理，以及不同使用環(huán)境中Fe(Ⅱ)離子對銹層成分的影響。研究腐蝕過程中Fe(Ⅱ)離子對銹層形成的作用機理可認識鋼鐵腐蝕的規(guī)律及腐蝕機理并可以為下一步的鋼鐵防腐或減緩鋼鐵腐蝕提供理論依據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了大氣腐蝕中Fe(Ⅱ)離子在γ-FeOOH生成α-FeOOH及Fe3O4的過程的作用。在pH為7溫度為30℃時向初始腐蝕產(chǎn)物γ

4、-FeOOH懸濁液中加入Fe(Ⅱ)離子模擬進一步的反應(yīng)。結(jié)果表明Fe(Ⅱ)離子促進了γ-FeOOH的溶解。溶解再結(jié)晶和定向沉積機理在γ-FeOOH向α-FeOOH轉(zhuǎn)化過程中起了重要作用。當Fe(Ⅱ)離子濃度增加時，γ-FeOOH與Fe(Ⅱ)離子反應(yīng)形成Fe3O4，產(chǎn)物中出現(xiàn)Fe3O4。Fe3O4的形成歸為拓撲轉(zhuǎn)化機理。⑵研究了海洋環(huán)境對鋼鐵腐蝕產(chǎn)物的影響。海洋環(huán)境中，鋼鐵腐蝕產(chǎn)物包括γ-FeOOH，α-FeOOH，β-FeOOH。γ-F

5、eOOH在3.5％的NaCl溶液中陳化5d，產(chǎn)物中出現(xiàn)部分α-FeOOH。Cl-對γ-FeOOH向α-FeOOH轉(zhuǎn)化有促進作用。反應(yīng)體系中有Fe(Ⅱ)離子時，γ-FeOOH在1.5％，2.5％，3.5％的NaCl溶液中陳化，產(chǎn)物為γ-FeOOH，α-FeOOH及β-FeOOH的混相。產(chǎn)物發(fā)生相變的原因可能是Fe(Ⅱ)離子與γ-FeOOH發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了新的Fe(Ⅲ)離子。一部分新生成的Fe(Ⅲ)離子在富含Cl-的環(huán)境中水解生成β-

6、FeOOH。在海洋環(huán)境中，當鋼鐵腐蝕的初期產(chǎn)物為β-FeOOH時，F(xiàn)e(Ⅱ)離子對β-FeOOH的相變有一定的促進作用。R=0.06時，產(chǎn)物中出現(xiàn)α-FeOOH及少量Fe3O4。當Fe(Ⅱ)離子濃度增大時，產(chǎn)物中Fe3O4的含量也有所增加，但主要產(chǎn)物仍然是α-FeOOH。原因是Fe(Ⅱ)離子與β-FeOOH發(fā)生電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生新的Fe(Ⅲ)離子。新的Fe(Ⅲ)離子在水解時生成α-FeOOH及少量Fe3O4。⑶Fe(Ⅱ)離子對δ-FeOOH穩(wěn)

7、定性的影響。模擬自然環(huán)境下，F(xiàn)e(Ⅱ)離子對銹層中δ-FeOOH的影響。結(jié)果表明，在實驗時間內(nèi)，δ-FeOOH晶化較差，能自發(fā)發(fā)生相變，部分δ-FeOOH轉(zhuǎn)化為γ-FeOOH。Fe(Ⅱ)離子能加快δ-FeOOH的溶解，產(chǎn)物為α-FeOOH和γ-FeOOH以及未完全發(fā)生相變的δ-FeOOH。當Fe(Ⅱ)離子增大到R=0.4時，產(chǎn)物為α-FeOOH和Fe3O4的混合物。實驗中發(fā)現(xiàn)升高溫度有利于促進Fe(Ⅱ)離子加快δ-FeOOH的相變。研究