新型耐海水腐蚀钢的开发及其腐蚀机理研究

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本文通过模拟海洋环境下的周期浸润腐蚀实验研究了五种不同组织、成分的实验钢的耐腐蚀性能,并从锈层物相构成、锈层表面形貌、截面形貌及元素分布、极化曲线和交流阻抗谱等角度研究了其腐蚀机理。主要工作及研究结果如下:(1)设计了三种耐海水腐蚀钢,进行了周期浸润腐蚀实验和轧制及力学性能实验。实验结果表明所设计的B钢和C钢均具有超越09CuPV的耐海水腐蚀性能,且力学性能均达到了国内相关的供货标准要求。(2)XRD物相分析表明锈层主要由α-FeOOH、β-FeOOH、Fe2O3和Fe3O4构成;耐腐蚀性元素的加入促进了锈层主要保护性成分α-FeOOH的生成。SEM形貌观测表明耐腐蚀性元素的加入促进了块状堆叠的致密锈层的生成。EPMA截面形貌观测表明致密均匀的锈层是耐腐蚀的关键所在,疏松和有缝隙的锈层对基体的保护性极差;截面元素分布表明Cl元素为主要的腐蚀性元素在基体与内锈层之间偏聚,Cu元素为主要的保护性元素在内锈层偏聚。(3)极化曲线表明试样的自腐蚀电流随着腐蚀时间的延长先增加后减小,自腐蚀电位随着腐蚀时间的增加而升高。交流阻抗谱表明试样的腐蚀受到界面电荷转移速度和反应物扩散速度的控制,电荷转移电阻随时间先减小后增大,锈层电阻随时间增大。(4)失重率分析、XRD、SEM、极化曲线和阻抗谱均表明钢铁在海水中的腐蚀分为两个阶段。腐蚀时间在24h之前,基体表面主要生长导电良好的Fe3O4,同时试样表面变得粗糙,腐蚀面积增大,电流增大,电阻减小,腐蚀速度增加;腐蚀72h之后,主要由羟基氧化铁构成的保护性锈层基本形成,随腐蚀时间的继续增加,锈层厚度增加且越来越致密,腐蚀电阻增加,腐蚀速度减小。(5)耐腐蚀性元素主要在促进保护性的α-FeOOH的生成和增加锈层致密性方面发挥作用。
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