船体钢海水全浸区腐蚀的室内模拟加速试验方法的研究

摘要

目前对舰船和构件材料耐蚀性的评价主要采用实海挂片试验方法,这种方法具有条件真实、试验简单和结果比较可靠的优点,但也存在一些缺点,如试验周期长,一般最短试验周期为1年,环境因素无法控制,试验结果的重现性较差,由试样丢失造成试验失败的风险较高。这些缺点制约了新材料和新工艺在实践中的快速应用。本文通过在海水中加入H2O2,强化阴极去极化作用,以模拟和加速船体钢海水全浸区的腐蚀。采用失重法、腐蚀形貌观察、腐蚀产物分析和电化学方法,从试验的模拟性、加速性和重现性三个方面评价了室内模拟加速试验和海水自然暴露试验的相关性,采用旋转圆盘电极技术研究了模拟加速的机理及主要影响因素,建立了海水全浸腐蚀的室内模拟加速试验方法。主要工作及结论如下。
　　 研究了船体钢921A在海水、海水+0.01mol/L H2O2溶液、海水+0.01mol/LNa2S2O8溶液和海水+0.01mol/L,KClO4溶液中的腐蚀行为。结果表明,921A在海水、海水+0.01 mol/L H2O2、海水+0.01mol/L Na2S2O8和海水+0.01 mol/L KClO4溶液中的极化曲线相似。Na2S2O8、H2O2和KClO4都加速了921A在海水中的腐蚀,其加速比分别为15、2.8和2.5。921A在海水+0.01mol/L H2O2溶液中呈溃疡状不均匀腐蚀,腐蚀产物为α-Fe2O3、γ-FeOOH和Fe3O4,与在海水中的腐蚀情况相似,在海水+0.01mol/L NaS2O8溶液中的腐蚀形貌、产物与在海水中的差别很大。KClO4使溶液偏酸性。因此,H2O2最合适作加速船体钢在海水中腐蚀的去极化剂,海水中加入H2O2能够模拟加速船体钢在海水全浸区的腐蚀。
　　 研究了船体钢945、921A、907A、E36和Q235在海水自然暴露试验和室内模拟加速试验的腐蚀,考察了室内模拟加速试验方法的模拟性、加速性和重现性。结果表明,船体钢在海水自然暴露试验和室内模拟加速试验后,其腐蚀形貌、表面腐蚀产物的成分和结构一致,腐蚀速度都随着浸泡时间的延长减小。这些船体钢在海水自然暴露试验和海水+0.05mol/L H2O2中的耐蚀性顺序一致。船体钢921A、E36和Q235浸泡在海水中、海水+0.01mol/L,H2O2和海水+0.05mol/L H2O2溶液中24h内自腐蚀电位负移约0.15V,随后变化波动,在400h后基本稳定在-0.63～0.68V之间。船体钢921A、E36和0235在海水、海水+0.01mol/L H2O2和海水+0.05mol/L H2O2中浸泡的2周内,极化电阻先减小后增大。随着浸泡时间的延长,表面覆盖的腐蚀产物阻滞了氧的扩散,极化电阻增大,金属腐蚀速度减小；2周后,试样表面形成比较稳定的锈层,极化电阻趋于稳定；浸泡7周后,金属表面堆积大量腐蚀产物,出现大的伪电容,极化电阻的测定不准确。
　　 分析了船体钢921A在海水自然暴露试验和室内模拟加速试验的腐蚀机理。结果表明,921A在海水+H2O2中,H2O2只增加了921A表面阴极还原反应的中间产物,促进了921A表面阴极还原速度,增大了921A的腐蚀速度,但腐蚀机理没有改变。
　　 研究了影响模拟加速试验的加速比的主要因素。结果表明,加入H2O2的时间周期和搅拌对921A在模拟试验溶液中的加速性有重要影响。当在海水中加入0.8mol/L H2O2,溶液温度为70℃时,对溶液连续充空气并每周更换试验溶液的试验方法可以作为海水全浸条件下的室内模拟加速试验方法。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 船体钢海水腐蚀的特点及影响因素

1.2.1 船体钢海水腐蚀的特点

1.2.2 船体钢海水腐蚀的影响因素

1.3 海水腐蚀研究方法

1.3.1 海水自然暴露试验

1.3.2 室内模拟加速试验

1.3.3 海水腐蚀的电化学研究方法

1.3.4 海水腐蚀的数学研究方法

1.4 室内模拟加速试验与海水自然暴露试验相关性的评价方法

1.4.1 评价相关性的原则

1.4.2 评价相关性的方法

1.5 研究目的和研究内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

第2章 海水全浸腐蚀的室内模拟加速试验方法的初步研究

2.1 引言

2.2 试验方法

2.2.1 试样材料和成分

2.2.2 失重试验和腐蚀产物分析

2.2.3 电化学试验

2.3 结果与讨论

2.3.1 加速试验方法的模拟性分析

2.3.2 加速性分析

2.3.3 重现性分析

2.4 小结

第3章 海水全浸腐蚀的室内模拟加速试验方法的进一步研究

3.1 引言

3.2 试验方法

3.2.1 试验材料及成分

3.2.2 失重试验和腐蚀产物分析

3.2.3 电化学试验

3.3 结果与讨论

3.3.1 海水自然暴露试验和室内模拟加速试验腐蚀规律的研究

3.3.2 室内模拟加速试验的电化学研究

3.3.3 模拟加速试验和海水自然暴露试验的相关性

3.4 小结

第4章 室内模拟加速试验的机理和影响因素研究

4.1 引言

4.2 试验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 921A在海水+H2O2中的腐蚀机理

4.3.2 921A在模拟加速溶液中加速性的主要影响因素

4.4 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 腐蚀形貌和拉曼谱图

致谢