阵列电极技术研究水线区金属腐蚀及涂层剥离过程

摘要

应用阵列电极(Wire Beam Electrode)技术测量了碳钢在3.5％NaCl溶液中的电流分布以及人工破损涂层在3.5%NaCl溶液中的电流分布和电化学阻抗。研究了碳钢在水线区的腐蚀机理和破损涂层在水线区的剥离机理。
　　用电极材料为Q235普通碳钢(Ф=1.6 mm)的11×11矩阵电极,研究碳钢在水线区的腐蚀过程。结果表明,其电流分布随浸泡时间发生变化。浸泡起始时,阴极与阳极电流交叉分布,阴极区与阳极区未有明显界限,但从宏观来看,自水线向下,阳极电流呈逐渐增大趋势,已表现出宏观氧浓差电池的特征。水线腐蚀发展阶段,形成了以水线附近为阴极,水线下为阳极的氧浓差电池。水线上阴极反应速度的不断增加,推动水线附近腐蚀反应逐渐加速,加速了整个金属的腐蚀速度。水线腐蚀稳定阶段,水线上成为电极表面主要的阴极反应区域,腐蚀速度处于稳定状态。
　　用电极材料为 Q235普通碳钢(1cm×1cm)的6×20矩阵电极,研究碳钢在水线区的腐蚀过程。结果表明,浸泡起始阶段,自水线向下,阴极和阳极反应区域相互交叉,腐蚀产物有逐渐增多的趋势,电极底部的阳极电流较大,表现出了宏观氧浓差电池的特征。水线腐蚀发展阶段,电极表面的阴极区与阳极区分布集中,水线附近为阴极,紧邻阴极以下的区域为阳极,腐蚀速率逐渐减慢,腐蚀产物由下到上逐渐向水线处发展。更换新鲜电解质溶液后,电极表面紧密层内的氧浓度骤然上升,加速了整个金属的腐蚀反应速度,但很快,腐蚀电流便回落,阴极区逐渐上移至先前稳定的状态。除更换电解质溶液后的一小段时间,电流分布与腐蚀速率在大部分时间里比较稳定,水线处始终是整个电极表面主要的阴极反应区域,腐蚀稳定期间,阴极主要在5-7行间波动(水线位于第5行)。
　　大面积阵列电极的水线下部分长达30cm,与小面积电极对比,可以看出浸泡面积的不同对水线下金属腐蚀的影响。此外,实验中发现,大面积电极的水线上部分未有明显阴极电流出现,说明水线上电极表面的薄液膜较薄,未顺利参与水线腐蚀。与小电极相比,大电极水线上薄液膜未能起到加速水线下金属腐蚀的作用,尤其在腐蚀发展期,大、小电极存在明显不同:小电极的腐蚀速率逐渐增加,而大电极的腐蚀速率除更换电解质溶液期间,均较平稳。由此可以对比印证薄液膜对加速金属腐蚀有重要作用。通过研究水线下两电极的电流分布可以发现,水线下电极腐蚀速率随浸泡深度发生变化,腐蚀速率极大值的位置与电极长度有关。
　　用电极材料为Q235普通碳钢(Ф=1.6 mm)的11×11矩阵电极,表面涂装醇酸铁红清漆,溶液凹液面位于电极第4行中间处。将水线下电极第9行中间三根丝表面的涂层划破,研究破损涂层在水线区的剥离过程。结果表明,浸泡前期,人工破损处有明显的阴极和阳极电流,涂层自然条件下存在的缺陷处呈阴极电流。随着浸泡时间增加,阴极电流主要在破损处和缺陷处附近发展,其中缺陷处附近的阴极电流由缺陷处向水线方向发展。浸泡后期,破损处的阳极电流进一步增大,其他区域基本呈阴极电流,但个别单根丝出现电流由阴极变为阳极的现象。较早出现阴极电流的区域,其涂层阻抗率先降低,涂层鼓泡先出现在这些区域,这也说明此剥离过程为阴极剥离。水线上涂层阻抗较同时期水线下涂层阻抗大,水在水线上涂层内渗透速度缓慢,涂层剥离速度较水线下慢。
　　用上述表面涂有醇酸铁红清漆的电极,在水线处中间三根丝表面进行人工破损,研究破损涂层在水线区的剥离过程。结果表明,浸泡起始时,破损处电极间形成腐蚀电池,在前64天的浸泡中,破损处始终存在较大阴极电流。随着浸泡时间增加,阴极电流主要围绕破损处发展,同时,水线下其他区域也有阴极电流点出现。浸泡后期,伴随着涂层剥离的进一步发展,破损处电极的阴极电流变为阳极电流,其他区域亦有个别单根丝的阴极电流变为阳极电流。出现阴极电流的区域与未出现阴极电流的区域相比,涂层阻抗较小,涂层鼓泡的顺序与阴极电流出现的顺序相一致。
　　与水线下破损涂层相比,水线处破损涂层的剥离速度较慢,这是由于水线处破损电极的阴极还原能力强,阳极电流较小造成的。此外,电极表面形貌也有明显不同,水线下破损涂层在水线上鲜有鼓泡点,而水线处破损涂层在水线附近的鼓泡点主要位于水线处和水线上。出现此差异的原因可能是,破损电极对周围涂层有加速破坏的作用,周围涂层的水渗透过程会更容易,加之水线处及水线上电极的阴极还原能力强,加速了阴极剥离过程。

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1 综述

1.1 引言

1.2 裸金属水线腐蚀机理

1.3 涂层在水线区加速剥离的因素

1.4 局部电化学测量技术

1.5 课题研究意义及内容

2 实验材料与装置

2.1 化学试剂

2.2 阵列电极的制备

2.3 实验装置与测试方法

3 小面积裸钢阵列电极在水线区的腐蚀过程

3.1 前言

3.2 实验内容

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 大面积裸钢阵列电极在水线区的腐蚀过程

4.1 实验内容

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

5 水线下破损涂层的劣化

5.1 前言

5.2 实验内容

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6 水线处破损涂层的劣化

6.1 实验内容

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

7 总结

参考文献

致谢

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