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本文利用实海挂片、失重腐蚀测试、显微结构分析和电化学测试等手段,首次就商业化热浸镀Galvanized(GI)、Galfan(GF)和Galvalume(GL)镀层钢材产品在海水全浸区、潮差区和飞溅区的腐蚀行为进行了系统的研究和探讨;并从牺牲阳极保护作用的角度出发,首次定量评价了海水中典型热浸镀层的恒电流电化学性能,并对比分析了它们的牺牲阳极保护作用;在此基础上作者对热浸镀Galvanized、Galfan和Galvalume镀层钢材在海水中的腐蚀机理进行了分析和探讨,旨在为热浸镀材在海洋环境中的选材、设计和应用提供基础数据和科学依据。
三种镀层钢板在海水中的弱极化曲线测量结果表明,镀层在海水中的腐蚀主要受阴极氧扩散过程控制,电化学极化可以忽略;三种镀层的腐蚀电流密度由大到小依次为GI镀层>GF镀层>GL镀层。
三种镀层钢板在海水全浸区、潮差区和飞溅区的失重腐蚀测试结果表明,热浸镀GI镀层的耐海水腐蚀性能较差;GF镀层的耐蚀性能相对于GI镀层要强;GL镀层钢板的耐蚀性能在三种镀层试样中最好。镀层钢板在海水不同区带腐蚀不同周期后的宏观形貌和微观腐蚀形貌分析证实了失重腐蚀测试的结果。
镀层的恒电流电化学性能测试结果表明:在进行试验的九种镀层配方中,Zn的牺牲阳极保护性能最佳;Zn-55%Al-1.6%Si的牺牲阳极保护性能最差;包括Zn-5%Al-0.2%RE在内的其它几种锌铝合金的性能则介于二者之间;铝高的合金晶界腐蚀比较严重,导致合金电流效率较低;灰箱分析结果表明,锌是镀层牺牲阳极保护作用的主要元素;铝和硅是镀层牺牲阳极保护作用的次要元素。
在海水全浸区,热浸镀锌镀层由于腐蚀电流密度最大,在流动海水中以很快的速度溶解而又难于形成稳定的保护性腐蚀产物膜,耐海水腐蚀性能最差:GF和GL镀层由于腐蚀电流密度小,腐蚀产物具有抑制保护性,表现出较为优异的耐海水腐蚀性能,然而由于孔蚀敏感性较高,易发生局部腐蚀,使镀层的整体耐蚀性能有所下降。
在海水潮差区和飞溅区,GI镀层由于腐蚀电流密度最大,氧化膜保护效果不佳,耐腐蚀性能最差;GF镀层由于铝的合金化作用使得镀层的腐蚀电流大幅度降低,耐蚀性比GI镀层明显提高,而充分的充气条件促进了镀层富铝相的钝化,抑制了镀层的全面腐蚀,因此在GF镀层钢板表现出较为优异的耐海水腐蚀性能:由于保护性的锌的腐蚀产物被滞留在富铝的枝晶网络中,充分的充气条件又促进了镀层富铝相的钝化,GL镀层腐蚀的传质过程受到抑制而使镀层的腐蚀速度明显下降,所以GL镀层表现出最佳的耐腐蚀性能。通过计算三种镀层在海水全浸区、潮差区和飞溅区的腐蚀速度,本文首次提出了对位于海水全浸区、潮差区和飞溅区的钢材基体提供1年保护期所需的镀层最小厚度,揭示了三种镀层在海水全浸区、潮差区和飞溅区的耐蚀性强弱顺序依次为GL>GF>GI,为重大工程项目进行热浸镀层的设计、选材和可行性论证提供了宝贵的基础数据和科学依据:并由此首次提出了热浸镀钢材的四阶段海水腐蚀机理,即其海水腐蚀可分为全面腐蚀期、全面腐蚀抑制期、孔蚀期和基体腐蚀期等四个阶段。