10.薄液膜大气腐蚀电化学研究方法ppt课件

1、第十章 大气环境液膜腐蚀电化学研究方法,大气腐蚀体系 金属表面液膜的形成 大气腐蚀机理 大气腐蚀电极过程 影响大气腐蚀的因素 大气腐蚀控制 液膜腐蚀电化学研究方法 液膜形态与大气腐蚀发展过程相关性、极化曲线、电化学阻抗、电位分布、电流分布、大气腐蚀自动环境模拟试验箱、涂层缺陷局部液膜电化学检测装置,1,10.1 大气腐蚀体系,GILDES大气腐蚀模型,2,10.2 金属表面液膜的形成 （1）可见水膜（11000um）：温度差造成凝露水膜。 6C温差变化在相对湿度65%70%就可以产生凝结水膜；17.5C温差变化可在25%时产生凝结水膜。为了防止凝结水膜，应保持湿度70%，温差6C。,3,（2）

2、不可见水膜形成： 毛细凝聚：曲率半径越小，凝聚蒸汽压越小；间隙，缝隙，腐蚀产物和镀层空隙，材料裂缝，灰尘缝隙等都具有毛细管特征，可以在低湿度下凝聚为水膜；,4,吸附凝聚：固体表面对水的吸附作用；,化学凝聚：表面存在吸水性盐粒后会加速形成电解质水膜,物理凝聚：金属固体表面和水蒸气分子间的分子引力作用能吸附水汽；RH55%铁表面能吸附15个水分子层，100%能吸附90个水分子层。,5,10.3 大气腐蚀机理 干大气腐蚀：仅有几个分子层的吸附膜，不具备电解质溶液性质；不属于电化学腐蚀，为常温化学氧化失泽作用；膜生长按照抛物线规律进行。 潮大气腐蚀：临界湿度 RH 100%，水膜厚度为10nm1m；电

3、化学腐蚀；玷污物能降低临界湿度，增加腐蚀速度； 阳极反应 阴极反应，中硷性 酸性 金属离子扩散困难，浓差极化，离子水化缓慢，使阳极发生强烈极化，成为速度控制步骤。,6,2020/8/22,7,湿大气腐蚀：RH100%；水膜厚度1m1mm；阴极氧扩散控制。,2020/8/22,8,10.4 大气腐蚀电极过程 （1）阴极过程：氧去极化过程；氧扩散速度为腐蚀反应速度控制步骤； （2）阳极过程：薄液层对铜阳极过程的阻滞作用金属离子化过程困难；钝化倾向增大。 随着液层减薄阴极过程更容易进行，阳极过程受到阻滞。湿大气腐蚀过程主要受阴极控制。,（3）锈层下腐蚀过程 潮湿锈层对基体钢的强氧化剂作用：Evans

4、模型 Fe3O4/Fe界面：阳极氧化反应 FeOOH/ Fe3O4界面： 阴极还原反应 当外部湿度下降，锈层干燥时，锈层和钢基体间的局部电池开路；锈层重新氧化成Fe3+氧化物；干湿交替循环对锈层下金属腐蚀具有加速作用。,9,2020/8/22,10,（4） 锈层结构与保护性能 普通碳钢的锈层松散，不具有保护性能；低合金耐候钢的锈层致密，具有很好的保护性能；锈层通常具有双层结构，疏松外层和致密内层；主要组成为 低pH值为 高pH值为 耐候钢锈层和金属基体之间存在50100um的富集Cr，Cu，P的结合力良好的非晶态氧化物层。,2020/8/22,11,10.5 影响大气腐蚀的因素 105.1 气

5、候条件： 水膜是主要影响因素，影响水膜则影响腐蚀速度。 1相对湿度：临界相对湿度腐蚀速度迅速增加的湿度，70%，形成了电解质液膜，从化学腐蚀转化为电化学腐蚀；污染物的存在会降低临界湿度。 2温度和温差：温度差的变化会造成结露。 3日照时间和气温：日照蒸发水气减薄水膜，腐蚀下降；高温高湿家厚水膜，增加腐蚀。 4. 风向和风速：与地域有关。,SO2能够使阴极电位正移，增加阳极去钝化作用，显著加速腐蚀速度；在钢铁锈蚀过程中，SO2起到了催化剂作用：,10.5.2 大气中有害杂质 SO2：与水汽共同作用能显著加速腐蚀速度；工业城市0.1100mg/m3；SO2在水中溶解度比氧高2600倍，能达到很高的

6、浓度；溶水后pH值可达33.5；形成的H2SO3是强去极化剂：,导致铁被不断的腐蚀下去。 其他腐蚀性气体也能加速腐蚀作用，如H2S，NH3，Cl2，HCl以及手汗等；,12,10.5.3 腐蚀产物膜 纯铁锈膜疏松；低合金钢锈膜致密；铁上最致密的保护锈膜： 添加Cu，P是为了促进 的生成； 铜保护膜： 铝保护膜： 8.1.3.4海盐颗粒和固体尘埃 NaCl具有吸湿作用以及强侵蚀性；固体尘埃具有腐蚀性，吸湿性和形成缝隙。,13,2020/8/22,14,10.6 大气腐蚀控制 （1）提高材料耐蚀性 钢材中添加合金元素，改变锈层结构，形成致密保护层，改善钢的耐大气腐蚀性能。钢材中加入Cu，P，Cr，

7、Ni制备耐候钢。著名的Corten钢。,2020/8/22,15,2020/8/22,16,（2）覆盖保护层 有机涂层，无机涂层，金属镀层，热浸镀，金属喷涂，钝化，磷化，氧化等化学转化层。 （3）控制环境 氮气；吸氧剂（Na2CO3），吸水剂（活性炭，硅胶，氯化钙，氮化锂），干燥空气封存。 （4）缓蚀剂保护 水溶性缓蚀剂（防锈水），油溶性缓蚀剂，防锈油（凡士林，石油磺酸盐，羊毛脂，亚硝酸钠），气相缓蚀剂（亚硝酸二环己胺，碳酸环己胺）等临时性保护技术。,10.7 液膜腐蚀电化学研究方法,液膜形态与大气腐蚀发展过程相关性 液膜极化曲线 液膜阻抗谱 液膜电位分布 液膜电流分布 静态液膜控制和测量 大

8、气腐蚀自动环境模拟试验箱 涂层缺陷局部液膜电化学检测装置,17,液膜形态与大气腐蚀发展过程相关性,大气腐蚀过程可以分为三个主要的阶段。第一阶段为大气腐蚀发生期，包括沉积期、液滴期和微液滴期，这一阶段以单向进行为主；第二阶段为大气腐蚀发展期，包括静态连续液膜期、分散液膜期和动态液膜期，这一阶段三者会根据气相状态相互双向反复转化，推动大气腐蚀快速发展；第三阶段为大气腐蚀稳定期，主要为锈层液膜期，由于锈层的吸水性和保护性，大气腐蚀进展缓慢平稳，构成了大气腐蚀主要过程。,18,液膜极化曲线,液膜厚度测量和控制,19,液膜极化曲线测量方法 微电极方法（201000um） Kelvin探针方法（21000

9、um),A3钢在0.35% NaCl的静态液膜和溶液中极化曲线。,304不锈钢在0.35% NaCl的静态液膜和溶液中极化曲线。,0.2mol.L-1Na2SO4薄液膜下Cu极限电流密度随液膜厚度的变化。,20,液膜电化学阻抗方法,液膜电化学阻抗测量方法 采用二电极方法； 绝缘间隔100um以下； 自动定时液面升降控制液膜厚度变化； 极薄液膜（ 5um）或长距离薄液膜溶液分布电阻控制特征 传输线分布参数等效电路模型,21,液膜电位分布方法,200umNaCl颗粒在Zn表面水解薄液膜的电位分布； Emap-12 测量结果；三维图显示形貌，二维剖面图定量计算；,22,液膜电流分布方法,阵列电极技术

10、 零阻检流技术 选择耦合计数 高速采样技术 水线区局部液膜电流分布特征： 液膜越薄，阴极电流越大；液膜越厚，阴极电流越小； 水线下近距离以上为阴极区，水线下2电极距离下方为阳极区；,23,大气腐蚀自动环境模拟试验箱,ACEC-05大气腐蚀气相状态控制系统的性能 温度测量范围和精确度：0C40C；1C； 湿度测量范围和精确度：3%98%；3% CO2测量范围和精确度：03000ppm； SO2测量范围和精确度：0100ppm； 温度控制范围：0C40C；1C； 湿度控制范围：3%98%；3% CO2控制范围：03000ppm； SO2控制范围：0100ppm 数据采集性能： 模拟输入：单端16通道；采样速度250k/s；分辨率16b