石膏板和单质硫对金属铜的腐蚀行为研究

摘要

2004-2005年，受卡特里娜飓风的影响，美国多个州的建筑都遭到了严重的摧毁和打击。由于当地建材匮乏，故从中国进口了大量石膏板以重建家园。然而在几年之内，美国消费产品安全委员会(CPSC)陆续接到大量消费者投诉，包括一系列的健康问题和室内金属器具（特别是铜器）的腐蚀问题。美方认为从中国进口的石膏板能够释放含硫的腐蚀性气体，导致健康和腐蚀问题，并将这些中国石膏板称为“问题石膏板”，从而引发了美国消费者针对中国石膏板的集体诉讼。
　　在“问题石膏板”事件出现之前，国内外尚无有关石膏板对铜的腐蚀行为影响研究的报道，有关单质硫对金属铜的腐蚀机理也尚未明确。本课题通过模拟腐蚀环境条件，对比研究了中、美石膏板和单质硫对金属铜腐蚀行为的影响和作用规律，明确了石膏板和单质硫的腐蚀性，并提出了腐蚀机理。研究内容包括:
　　(1)以金属铜为研究对象，在控制温度、湿度的密闭条件下进行了30-90天的实验，采用单位面积的腐蚀增重法评价了12种中国石膏板和4种美国石膏板的腐蚀性，明确石膏板高温灭菌与否对铜的腐蚀行为是否有影响。
　　(2)采用相同的实验方法，通过有机溶剂表面涂覆单质硫和单质硫挥发升华法，系统研究了单质硫对金属铜腐蚀行为的影响。
　　(3)通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等分析测试技术研究了腐蚀产物的物相组成、分布特征及微观形貌特点。
　　(4)根据腐蚀过程发生发展特点及腐蚀产物的特征，提出了石膏板和单质硫对金属铜的腐蚀机理模型。
　　研究结果表明:恒温恒湿的腐蚀条件下，石膏板仅引起金属铜发生极其轻微的腐蚀，石膏板灭菌与否对铜的腐蚀行为无影响。铜表面生成的腐蚀产物主要是Cu2O，在置有3种中国石膏板的腐蚀产物中还检测到Cu2S。年腐蚀速率推算结果表明，两种中国石膏板（C3和C11）条件下的金属铜很耐蚀(年腐蚀速率0.001-0.005mm/a)，耐蚀性等级为2，其余14种石膏板存在条件下金属铜完全耐蚀(年腐蚀速度远低于0.001mm/a)，耐蚀性等级为1。单质硫升华极大地加速了铜的腐蚀，使腐蚀速率提高4倍以上，原因是单质硫参与了腐蚀电化学的阴极反应过程，因而促进了铜的腐蚀。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 腐蚀的定义和分类

1．3 金属铜的特性

1．4 单质硫及其典型化合物的特性

1．5 铜的腐蚀

1．5．1 铜的大气腐蚀

1．5．2 铜的海水腐蚀

1．5．3 铜的土壤腐蚀

1．5．4 铜的微生物腐蚀

1．6 元素硫对金属腐蚀的影响

1．7 美国对“问题石膏板”的阶段研究成果

1．8 主要研究内容

第2章 石膏板对金属铜的腐蚀行为研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料和预处理

2．1．2 实验仪器

2．1．3 实验方法

2．2 实验结果及分析

2．2．1 纯水饱和湿度条件

2．2．2 甘油水溶液控制95％RH条件

2．2．3 腐蚀机理及年腐蚀速率折算

2．3 小结

第3章 单质硫对金属铜的腐蚀行为研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料和仪器

3．1．2 有机溶剂法涂硫对铜腐蚀行为的影响

3．1．3 单质硫升华对铜腐蚀行为的影响

3．2 实验结果及分析

3．2．1 有机溶剂法涂硫对铜试样的腐蚀行为影响

3．2．2 微量硫升华对铜的腐蚀行为影响

3．3 硫对铜的腐蚀机理研究

3．4 小结

第4章 结论

参考文献

致谢