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微液滴现象在大气腐蚀过程中的作用

作　者: 梁利花
导　师: 王佳
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学工程与技术
关键词: 主液滴微液滴电化学极化大气腐蚀
分类号: TG172.3
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

大气腐蚀是金属材料在大气环境下发生的一种电化学腐蚀过程。金属材料的大气腐蚀机制主要是材料受到大气中所含的水份、氧气和腐蚀性介质的联合作用引起的电化学破坏。当金属表面存在吸湿性较强的固体沉积物时,它能够从大气中吸附水份,促进金属表面薄液膜的形成,诱发和加剧电化学腐蚀过程。微液滴现象是在大气腐蚀初期出现的一种实验现象。在合适的相对湿度下,大气中的水汽会在金属表面凝聚吸附形成水膜而诱发大气腐蚀。沉积的无机盐颗粒会增强水汽的凝聚和吸附过程从而使其更容易发生潮解形成液滴,当潮解形成的液滴与金属形成的组合体系具有腐蚀性时,那么,在潮解液滴的周围将会有大量微米直径的微液滴形成并向四周扩展。但是如果潮解液滴对金属材料不具有腐蚀性,微液滴将不会形成。由此可见,微液滴现象与大气腐蚀密切相关。本论文采用电化学技术结合显微镜在线观察方法,对微液滴的形成特征、形成动力、形成途径等进行了研究,探讨了微液滴现象与大气腐蚀发展行为的相关性,并建立了微液滴的形成机理。研究发现自然环境条件下,合适的环境相对湿度、氧气环境和腐蚀性的组合体系是微液滴形成的必备条件。只有当环境相对湿度高于同温度下主液滴饱和溶液的相对湿度值时,微液滴才能形成;并且微液滴只在有氧环境下和腐蚀性组合体系中才能形成。采用电化学极化方法对微液滴的形成动力进行了探讨。发现主液滴边缘的三相界面区性质对微液滴形成能够产生重要影响。通过改变界面区的电化学界面状态,发现即使在较低的环境相对湿度下,无氧环境下以及非腐蚀性组合体系中,只要通过电化学极化使金属表面的剩余电荷达到一定程度,微液滴现象也能出现。电化学界面状态是微液滴形成的决定性条件,即形成动力。显色实验表明微液滴是由主液滴蒸发出的水气通过气相环境再在金属表面吸附凝聚形成。三相界面区接触角实验反映了电化学极化会导致液/固界面能的降低。根据以上实验结果,微液滴的形成机理可以描述如下:电化学极化不仅降低了液/固界面能,使三相界面微区的水分子打破平衡状态而从主液滴逸出,导致微区环境相对湿度增大达到过饱和状态;同时,电化学极化产生电流,由于Peltier效应的影响,使阴极区温度降低。三相界面微区局部水气过饱和以及阴极区温度降低,这都将促使水汽在阴极区发生凝聚形成众多小液滴,即微液滴形成。最后,显微镜连续在线观察实验结果表明,微液滴能够促进金属表面薄液膜的形成,促使金属表面不同部位的液膜扩展和交联,形成大面积连续液膜,从而促进腐蚀过程的发展。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-36
  1.1 金属材料大气腐蚀的特点及影响因素  13-17
    1.1.1 金属材料大气腐蚀的特点  13-15
    1.1.2 金属材料大气腐蚀的影响因素  15-17
  1.2 金属材料大气腐蚀的电化学过程及机理  17-21
    1.2.1 金属材料大气腐蚀的电化学特征  18
    1.2.2 基于氧扩散控制的阴极过程  18-19
    1.2.3 基于阳极钝化的阳极控制机制  19-20
    1.2.4 大气污染物存在下的大气腐蚀机制  20-21
  1.3 金属材料大气腐蚀的测试方法  21-32
    1.3.1 金属材料大气腐蚀的传统研究方法  21-23
    1.3.2 金属材料大气腐蚀的电化学研究方法  23-29
    1.3.3 金属材料大气腐蚀的其它研究方法  29-32
  1.4 微液滴现象研究背景  32-33
  1.5 微液滴现象研究现状  33-35
  1.6 研究意义及研究内容  35-36
    1.6.1 研究意义  35
    1.6.2 研究内容  35-36
第二章大气腐蚀过程中的微液滴现象  36-57
  2.1 前言  36-37
  2.2 实验部分  37-38
    2.2.1 电极材料、试剂  37
    2.2.2 实验装置  37-38
    2.2.3 测试方法  38
  2.3 结果与讨论  38-56
    2.3.1 微液滴形态考察  38-40
    2.3.2 微液滴酸碱性考察  40-42
    2.3.3 微液滴电位分布考察  42-44
    2.3.4 微液滴的动态特征  44-47
    2.3.5 微液滴影响因素分析  47-56
  2.4 本章小结  56-57
第三章电化学界面状态对微液滴过程的影响  57-73
  3.1 前言  57
  3.2 实验部分  57-59
    3.2.1 实验材料  57-58
    3.2.2 实验装置  58-59
  3.3 结果与讨论  59-72
    3.3.1 电化学阴极极化对非极化、无微液滴形成体系的影响  60-67
    3.3.2 电化学阳极极化对微液滴形成的抑制作用  67-69
    3.3.3 阴、阳极交替极化对微液滴现象的影响  69-72
  3.4 本章小结  72-73
第四章微液滴形成途径与形成机制  73-87
  4.1 前言  73
  4.2 实验部分  73-75
    4.2.1 实验材料  73-74
    4.2.2 实验装置  74-75
  4.3 结果与讨论  75-86
    4.3.1 微液滴的形成途径  75-79
    4.3.2 三相线界面区性质与微液滴形成相关性考察  79-84
    4.3.3 微液滴形成机制分析  84-86
  4.4 本章小结  86-87
第五章微液滴在大气腐蚀过程中的作用  87-102
  5.1 前言  87-88
  5.2 实验部分  88-89
    5.2.1 实验材料  88
    5.2.2 实验装置  88-89
    5.2.3 测试方法  89
  5.3 结果与讨论  89-101
    5.3.1 阴极保护导致腐蚀局部化分布状态  89-91
    5.3.2 增强金属润湿能力，促进液膜形成和扩展  91-97
    5.3.3 转移液膜  97-101
  5.4 本章小结  101-102
第六章总结论  102-105
  6.1 本论文的主要结论  102-104
    6.1.1 大气腐蚀过程中的微液滴现象  102-103
    6.1.2 电化学界面状态对微液滴现象的影响  103
    6.1.3 微液滴形成途径及形成机制  103-104
    6.1.4 微液滴在大气腐蚀过程中的作用  104
  6.2 本论文的创新点  104-105
参考文献  105-115
致谢  115-116
个人简历和在学期间发表的学术论文  116

微液滴现象在大气腐蚀过程中的作用

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