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模拟深海条件下的电偶腐蚀行为研究

作　者: 杨超
导　师: 付玉彬
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料学
关键词: 电偶腐蚀电化学温度氧饱和度深海条件
分类号: TG174.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

海洋环境中，由于结构和性能的需要，大量不同电化学连接特性的材料不可避免地进行接触。金属材料在这种苛刻的环境中由于电偶腐蚀的作用，腐蚀过程明显加快。多年来人们已对各种材料和构件在表层海水中的腐蚀行为及保护方法进行了大量研究，而深海环境在光照、温度、压力、溶解氧、pH值、含盐量、海水流速等因素与表层海水环境截然不同，因此其对材料的腐蚀行为与表层海水存在较大差异，表层海水相关数据在深海中能否安全使用还需进一步验证和对比。因此有必要开展材料及构件在深海海水环境中的腐蚀试验，研究腐蚀规律，积累腐蚀与防护数据。本文采用舰船中常用的管路材料B10、B30铜镍合金以及管路材料的一些附件结构(弯头、泵阀等)材料硅黄铜、镍铝青铜和304不锈钢作为研究用材料，在控制温度和溶解氧的条件下模拟了深海环境特点，研究了单一变量下材料的电偶腐蚀行为。首先研究了实验室条件下(20℃、标准大气压)5种材料在静态海水中的腐蚀过程，通过稳态极化曲线讨论了它们在海水中的电化学特征，浸泡实验得出了在该条件下5种材料自腐蚀电位的变化趋势，进而对它们之间的电偶腐蚀倾向进行了预测。运用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜以及表面元素分析技术，讨论了5种材料在海水中的成膜及腐蚀机理。第二部分的工作主要是通过电化学阻抗(EIS)技术、极化曲线评价了它们在不同温度、不同氧浓度条件下的电化学性能以及自腐蚀性能，运用混合电位理论对它们之间的偶合倾向、偶合电位及电流进行了预测。最后的工作主要是采用多通道电偶腐蚀实验和腐蚀失重实验讨论了低温低氧条件下的电偶腐蚀规律，并与前面做的工作及预测结果进行了对比分析。研究结果表明：5种实验材料在实验室条件下海水中的腐蚀电偶序顺序为304>B30>B10>镍铝青铜>硅黄铜，结合自腐蚀变化曲线，推测在海水中B10、B30与镍铝青铜、硅黄铜偶合后将作为偶合阴极，与304为偶合阳极；在低温、低氧条件下的电化学测试表明，温度为电极多过程的影响因素，而氧浓度为电极单过程的影响因素，当氧饱和度≥30%时，在控制氧浓度不变的条件下，除镍铝青铜外阴极过程基本上不会受温度影响或影响很小，而温度只影响阳极钝化过程；阴极极化氧扩散控制过程会随着饱和度的降低而减弱。从混合电位理论获得的偶合电位Ecouple随温度降低负移，随饱和度降低亦负移，偶合电流密度Icouple依赖于于Ecouple，电位负移电流密度减小；电偶腐蚀电流和电位监测表明，偶合电流表现为随温度降低而降低的趋势；同时还发现随着温度的降低，偶合电流密度进入稳定状态的所需时间减少。50%饱和度下的偶合电流密度在三个测试饱和度中最大，B10与两种铜合金材料的电偶腐蚀敏感性属B级，与304不锈钢的敏感性为A级；B30与上述三种材料的电偶腐蚀敏感性属A级；偶腐蚀效应随着温度的降低而降低，随饱和度的降低而增大。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 引言  12
  1.2 海洋环境中的电偶腐蚀  12-13
    1.2.1 电偶腐蚀的基本概念  12-13
    1.2.2 电偶腐蚀倾向的热力学判据  13
  1.3 双金属偶合腐蚀体系研究现状  13-20
    1.3.1 偶对材料特性的研究  13-15
    1.3.2 电偶对几何因素的影响研究  15-16
    1.3.3 环境因素影响  16-18
    1.3.4 电偶腐蚀研究方法  18-20
  1.4 选题意义及本文主要研究内容  20-21
    1.4.1 本课题研究的意义  20
    1.4.2 本课题研究的主要内容  20-21
第二章试验方法  21-27
  2.1 实验材料与试样制备  21-22
    2.1.1 实验材料  21
    2.1.2 试样制备方法  21-22
    2.1.3 海水相关参数控制  22
  2.2 偶对材料的电化学测试  22-23
    2.2.1 试样的处理  22
    2.2.2 电化学测试  22-23
  2.3 金属偶对的电偶腐蚀监测  23-24
    2.3.1 试样处理  23
    2.3.2 电偶腐蚀监测  23-24
  2.4 偶对材料的腐蚀速率测量  24-26
    2.4.1 试样选择及处理  24
    2.4.2 腐蚀产物的处理  24-25
    2.4.3 腐蚀速率的计算  25-26
  2.5 腐蚀形貌观察和产物分析  26-27
第三章偶对材料的电偶腐蚀倾向及机理研究  27-42
  前言  27
  3.1 常压、室温下静态海水中的腐蚀电偶序研究  27-28
  3.2 电偶腐蚀倾向判断  28-33
    3.2.1 静态开路电位测定  28-29
    3.2.2 偶对材料极化行为研究  29-33
  3.3 腐蚀形貌与腐蚀机理  33-40
    3.3.1 浸泡初期表面成膜研究  33-34
    3.3.2 浸泡后期腐蚀形貌分析  34-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章低温、低氧条件下偶对材料的电化学行为研究及电偶腐蚀行为预测  42-72
  前言  42
  4.1 低温、低氧条件下的开路电位  42-43
  4.2 低温、低氧条件下的极化和阻抗行为研究  43-68
    4.2.1 温度、饱和度对 B10 镍铜合金电化学行为影响研究  43-49
    4.2.2 温度、饱和度对 B30 镍铜合金电化学行为影响研究  49-54
    4.2.3 温度、饱和度对镍铝青铜电化学行为影响研究  54-59
    4.2.4 温度、饱和度对硅黄铜电化学行为影响研究  59-63
    4.2.5 温度、饱和度对 304 不锈钢电化学行为影响研究  63-68
  4.3 混合电位理论预测电偶腐蚀行为  68-70
  4.4 本章小结  70-72
第五章低温、低氧条件下偶对材料的电偶腐蚀行为研究  72-95
  前言  72
  5.1 低温条件下的电偶腐蚀性能研究  72-83
    5.1.1 低温电偶腐蚀实验研究  72-78
    5.1.2 低温电偶腐蚀失重研究  78-83
  5.2 不同氧饱和度条件下的电偶腐蚀研究  83-92
    5.2.1 低氧电偶腐蚀行为研究  83-88
    5.2.2 不同氧饱和度下的腐蚀失重及电偶腐蚀效应  88-92
  5.3 海水管系材料的电偶腐蚀兼容性试验研究  92-93
  5.4 本章小结  93-95
第六章结论  95-96
参考文献  96-101
致谢  101-102
个人简历  102
学术论文发表  102-103

模拟深海条件下的电偶腐蚀行为研究

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