耐候钢和Zn与Zn-Fe合金镀层的腐蚀电化学行为研究

【摘要】：材料的腐蚀造成了自然资源的巨大浪费甚至导致灾难性事故的发生,因此,准确地原位无损地监检测材料腐蚀过程(腐蚀类型和腐蚀强度)的新技术的研究工作具有重要的理论价值和实际意义。 本文在国家自然科学基金项目《材料腐蚀的电化学监检测技术研究》(No.50499335-02)的资助下,采用电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)和电化学噪声(electrochemical noise,EN)等电化学方法,并辅以扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)等材料表征技术,研究了耐候钢、Zn及其合金等在典型服役环境中的腐蚀电化学特征的演化规律及其与材料腐蚀类型和腐蚀强度的关系,为开发基于EDP(相对能量相对分布图)谱图库等腐蚀数据的材料腐蚀失效过程的原位无损监检测技术奠定了相关基础。论文在下列几个方面进行了详细的研究: 为了研究Zn-Fe合金镀层的腐蚀电化学特征的演化规律,论文首先在微酸性氯化物体系中电沉积制备了Zn-Fe合金镀层,并采用循环伏安和计时安培技术研究了其电沉积行为。在较高的沉积过电势下,Zn-Fe合金电沉积遵循3D瞬时“成核/生长”机理;在较低的沉积过电势下,遵循3D连续“成核/生长”机理。Zn-Fe合金镀层的异常共沉积行为可以归因于r_(Zn)r_(Fe)(r为原子半径),这也是实验(I/I_m)~2大于理论计算结果的原因之一。 采用电化学阻抗谱(EIS)并结合扫描电镜(SEM)等对耐候钢(Q400NQR1和09CuPCrNi)、锌和Zn-Fe合金镀层在2.0wt.%NaCl(mass fraction,下同)、0.5%NaCl、4.7%Na_2SO_4和1.2%Na_2SO_4等腐蚀加速溶液中的腐蚀过程进行了研究。结果表明,可以根据腐蚀电化学阻抗谱的Nyquist和Bode图谱(演化)特征区分材料在腐蚀过程中的不同腐蚀阶段。 耐候钢(Q400NQR1和09CuPCrNi)在0.5wt.%NaCl中性薄液膜下的腐蚀过程可以明显地分为四个阶段:(1)点蚀诱导期,其主要标志是EIS复平面图上实部收缩或感抗现象。(2)稳定点蚀期,其主要标志是低频区的实部收缩和感抗现象消失,复平面图上只有两个具有不同时间常数的容抗弧;另外,阻抗模值减小比较明显。(3)腐蚀中期,此时合金元素开始发挥作用并形成具有保护作用的