基于大氣腐蝕檢測儀的鋅在大氣環(huán)境中腐蝕行為的研究.pdf

1、由于鋅具有低的腐蝕電位和腐蝕速率，其成為鋼鐵腐蝕防護的理想材料。但在不同地區(qū)，鋅涂層的防腐效果千差萬別，壽命長短不一。為尋找這些差別原因，以往通過對經(jīng)長期暴露試樣腐蝕消耗量的測量、腐蝕產物的解剖觀察等方法，了解科學研究所需的信息。但是，受大氣環(huán)境復雜性和腐蝕失效周期過長的限制，這種方法的有效性和時效性屢屢受到詬病。至今，還未能充分掌握鋅涂層在自然大氣中的腐蝕失效規(guī)律。
　　現(xiàn)有的實驗室模擬環(huán)境加速腐蝕試驗及其它間接的評價手段，所獲

2、數(shù)據(jù)量少、不能充分反映鋅的大氣腐蝕隨時間的變化過程，給研究鋅的大氣腐蝕帶來極大困難，且易產生大的誤差。開展長期、連續(xù)、實時、原位的評價成為研究金屬在大氣環(huán)境中腐蝕的大勢所趨。因此，本文針對鋅的大氣環(huán)境腐蝕開發(fā)了新型大氣腐蝕檢測儀(ACM)。該ACM選用了惰性碳膜做陰極材料，有效地消除了傳統(tǒng)ACM中陰極材料的同步腐蝕引起的電化學性能改變，三層疊加結構使得電偶的陰極和陽極材料分別處在兩個平行平面上，避免了陽極腐蝕產物對陰極材料表面的影響，提

3、高了傳感器的一致性和使用壽命。配套開發(fā)的ACM檢測儀采用了固態(tài)電池和太陽能電池板的雙供電模式，并利用GPRS實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠程傳輸，減少了傳統(tǒng)暴露試樣法人工操作帶來的信息丟失和數(shù)據(jù)誤差，保證了鋅在真實大氣環(huán)境中腐蝕數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。經(jīng)野外環(huán)境、模擬環(huán)境及鋅表面改性等試驗表明，該ACM能夠滿足長時、連續(xù)、實時和原位的腐蝕檢測工作，是研究鋅在大氣環(huán)境中的腐蝕，掌握鋅的大氣腐蝕規(guī)律的有效手段。
　　多因子循環(huán)復合實驗是模擬大氣環(huán)境腐蝕且具有加速

4、性和重現(xiàn)性的重要手段，是研究金屬大氣腐蝕規(guī)律的有效工具，目前還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范和成熟的產品。為此，本文開發(fā)了5因素的復合模擬環(huán)境腐蝕試驗裝置，可精確調整、控制主要腐蝕影響因子和環(huán)境參數(shù)。試驗結果表明，該系統(tǒng)具有較好的加速效果。
　　本文采用野外大氣環(huán)境和實驗室模擬環(huán)境相結合的方法，開展了Zn/C電偶型ACM的長期、實時和原位的檢測和熱浸鍍鋅試樣的腐蝕試驗，研究了大氣環(huán)境溫度、濕度對鋅腐蝕影響的規(guī)律;研究了環(huán)境中Cl-加速鋅腐蝕作

5、用機制和對鋅腐蝕動力學影響的規(guī)律和特征;研究了環(huán)境中SO2中間產物在鋅腐蝕中的競爭作用和鋅腐蝕動力學規(guī)律和特征。結論如下:
　　鋅在大氣環(huán)境中的腐蝕速率受溫度與濕度的聯(lián)合作用影響。隨溫度和濕度的升高，鋅的腐蝕速率都會增大，其中濕度對腐蝕速率的影響作用較溫度明顯。并且溫度和濕度兩者之中的任何一個的升高都會加大另一個對鋅腐蝕速率的影響程度，即溫度和濕度對鋅腐蝕的影響存在耦合聯(lián)動作用機制。依據(jù)鋅在模擬環(huán)境中的腐蝕試驗數(shù)據(jù)建立的溫度、濕度

6、對鋅溶解耦合影響的二元二次數(shù)學模型，得到了野外環(huán)境檢測數(shù)據(jù)的驗證。與潤濕時間(TOW)模型相比，耦合影響模型可更精確地反映大氣環(huán)境中溫度、濕度對鋅腐蝕行為的影響規(guī)律。
　　鋅在不含侵蝕性離子大氣環(huán)境中的腐蝕，經(jīng)歷了腐蝕初期階段電極反應控制的活化溶解到混合控制直至擴散控制的演變過程。經(jīng)長期腐蝕后的鋅在無侵蝕性離子環(huán)境中的腐蝕動力學規(guī)律遵循冪函數(shù)模型。
　　在含Cl-的大氣環(huán)境中，由于表面有鹽的沉積，鋅的腐蝕能夠一直保持活化溶解

7、狀態(tài)。隨腐蝕時間的延長，鋅腐蝕產物不能形成有效阻擋層，因而鋅在該環(huán)境中的腐蝕動力學呈線性規(guī)律特征。由于Cl-在鋅表面的吸附，使雙電層形成非線性電位區(qū)，降低了鋅脫離基體的位能趨勢，使得鋅溶解活化能降低。隨Cl-濃度增加，鋅溶解速率增大。當Cl-吸附率達到極限值時，鋅溶解速率最大，繼續(xù)增大Cl-濃度，鋅的溶解會受到阻礙，溶解速率反而降低。
　　在含SO2的大氣環(huán)境中，鋅的腐蝕除受酸化作用外，還受SO2中間產物SO32-和SO42-等離

8、子競爭作用影響。SO32-在鋅表面形成難溶性亞硫酸鹽，其進一步氧化為硫酸鹽非常困難，對鋅的溶解形成阻礙作用。SO42-對鋅的溶解有加速作用，其加速機制與Cl-大致相同。當大氣中SO2濃度低于10ppm時，四價硫轉化為六價硫的比例較高，以SO42-的作用為主，鋅溶解速率較大。SO2濃度增大，四價硫轉化為六價硫比例降低，SO32-作用增強。當濃度達到10ppm時，SO32-在鋅表面的吸附達到極值，鋅溶解速率下降到谷值。SO2濃度繼續(xù)升高，超