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船用钢海水腐蚀与检测研究

作　者: 安闻迅
导　师: 杜敏；郭为民
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 实海线性极化交流阻抗室内模拟充气搅拌积分拟合
分类号: TG174
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

海洋环境是一种非常严酷的腐蚀环境,各种材料在使用过程中始终面临着恶劣的海洋腐蚀环境,由海水腐蚀所引发事故的经济损失所占的比例相当高。目前对船用钢耐蚀性能的评价方法主要是实海挂片试验,该方法的优点是实验环境条件真实,操作简单,结果比较可靠。但是该试验方法还存在以下不足:试验周期长,一般最短试验周期为1年;环境因素无法控制;试验结果的重现性较差;由于试样丢失而造成试验失败的风险较高。这些不足是制约新材料新工艺快速应用的主要问题。本文主要研究三种典型船用钢A、B、C在不同实验环境条件下的耐蚀性能。通过电化学试验,探讨了不同的实验环境条件对材料的腐蚀的影响,得到了材料在不同实验条件下的腐蚀规律,并从数学的角度,找出不同试验条件下的腐蚀速度随时间变化的函数关系,得到了适合于所选材料在本地区海水环境腐蚀的模拟公式。本文的主要结论如下:1.通过实海腐蚀电位监测,B的稳定电位最正,C次之,A最负。其结果与室内模拟静水条件下得到的结果有差别。2.分别对实海全浸的试样进行了线性极化以及交流阻抗测试,得到瞬时腐蚀速度(i_corr)和极化电阻（R_P）随浸泡时间的变化,表明其变化是表面锈层的堆积与海水温度变化所带来的影响的共同作用的结果。3.采用四种阻抗模型对EIS数据进行了拟和,表明全浸可分为四个阶段,浸泡初期,等效电路仅由双电层电容(C_dl)和电荷转移电阻（R_t）构成。随时间延长,等效电路中出现了反映界面性质的腐蚀产物层电容（C_f）和电阻（R_f）。随时间的进一步延长,阻抗模型中出现了由于微生物而导致的电容及电阻,通过C_dl和R_t随浸泡时间的变化表征了材料的腐蚀行为。4.对腐蚀产物进行激光拉曼分析,得到腐蚀产物的结构成分,外层腐蚀产物主要由γ-FeOOH构成,并有少量α-Fe₂O₃,内锈层主要由α-Fe₂O₃、Fe₃O₄构成,其中也伴有少量γ-FeOOH。5.室内模拟充气搅拌条件下,材料的稳定电位排序与实海全浸一致,并且其瞬时腐蚀速度（icorr）和极化电阻（RP）随浸泡时间的变化也与实海一致,这说明室内充气搅拌条件得到的实验结果可以很好的重现实海条件下的实验结果。6.两种室内模拟方法得到的交流阻抗结果与实海有较大差别,原因可能是海水中微生物的影响不同,实海中微生物的影响较强,室内模拟较弱。7.通过积分拟合的方法分别得到三种实验条件下的腐蚀速度随时间变化的数学公式,通过与失重方法得到的数学公式相对比,可以看出室内充气搅拌实验结果与相应条件下的失重实验结果较好的吻合,说明由电化学方法得到的积分拟合值来计算腐蚀速度的方法完全可以替代失重挂片实验方法。8.本文的研究表明,由室内模拟充气条件下的电化学实验得到的腐蚀速度完全可以预测材料的腐蚀速度,从而可以替代挂片失重实验。但监测频率要更为密集,才能保证结果的准确性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-29
  1.1 前言  12-14
  1.2 文献综述  14-27
    1.2.1 海洋环境中的结构钢材  14-17
    1.2.2 海洋环境中的钢材腐蚀类型  17-18
    1.2.3 海洋环境钢材腐蚀速度测量技术  18-25
      1.2.3.1 重量法  18-19
      1.2.3.2 气体容量法  19
      1.2.3.3 电阻法  19-20
      1.2.3.4 电化学测试技术  20-25
    1.2.4 钢材腐蚀研究现状  25-27
  1.3 本文的研究目的  27-29
2 实验方法及材料、仪器  29-33
  2.1 实验材料  29
  2.2 实验方法及仪器  29-33
    2.2.1 试验装置  29-30
    2.2.2 失重实验  30-31
    2.2.3 电化学实验  31-32
      2.2.3.1 线性极化测试  31
      2.2.3.2 交流阻抗测试  31-32
    2.2.4 腐蚀形貌观察  32-33
3 船用钢的海水腐蚀与检测  33-70
  3.1 引言  33
  3.2 研究方法与目的  33-34
  3.3 实验结果及分析  34-68
    3.3.1 船用钢实海腐蚀电化学结果及分析  34-58
      3.3.1.1 实海腐蚀自腐蚀电位(E_(corr))的变化  34-36
      3.3.1.2 动电位极化Tafel 曲线  36-38
      3.3.1.3 循环伏安实验  38-39
      3.3.1.4 实海腐蚀线性极化测试结果及分析  39-47
      3.3.1.5 实海腐蚀交流阻抗(EIS)结果及分析  47-56
      3.3.1.6 激光拉曼光谱法测量结果  56-58
    3.3.2 船用钢室内模拟腐蚀电化学结果及对比分析  58-68
      3.3.2.1 室内浸泡自腐蚀电位(E_(corr))的变化  58-60
      3.3.2.2 室内低温充氧海水体系腐蚀动电位Tafel 极化曲线  60-62
      3.3.2.3 极化阻力(R_p)的变化  62-63
      3.3.2.4 室内浸泡交流阻抗谱(EIS)的变化  63-68
  3.4 本章小结  68-70
4 电化学测试方法与失重实验的相关性  70-78
  4.1 引言  70
  4.2 原理与方法  70-71
  4.3 结果与分析  71-77
    4.3.1 失重结果及分析  71-77
  4.4 本章小结  77-78
5 结论  78-80
参考文献  80-86
致谢  86

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