大气污染物对金属铜和银的腐蚀性研究

摘要

在大气污染日益严重的今天，博物馆内金属文物由于大气中腐蚀性气体造成的损失得到广泛的关注。本课题主要采用电化学方法研究了常见大气污染气体对金属铜、银的初期腐蚀行为，并利用实验所得数据实现了大气对金属腐蚀的简单预测。 利用三电极体系测定了液膜中Cr、H2SO3、S2-对金属铜、银的腐蚀性，实验结果显示：三种物质对铜和银都有一定的腐蚀性，且均随着腐蚀性物质浓度的增加，腐蚀速度增大。当腐蚀介质含H2SO3时，由于体系的pH值下降，使得介质对铜和银电极的侵蚀性更强。当腐蚀介质含S2-时，在液膜中铜和银电极的阻抗值随着S2-浓度的增加而依次减小，且S2-对铜的腐蚀明显强于银。 采用Cu/Fe双电极原电池和三电极电化学电池，分别就不同液膜厚度、温度、湿度、腐蚀性气体(CO2、SO2、H2S)浓度及不同暴露时间对金属铜和银耐蚀性的影响进行测定。结果显示：随着液膜厚度的增加，铜和银电极的自腐蚀电位均负移，腐蚀电流密度减小；温度对铜和银电极的影响相对较小；随着大气环境湿度的增加，电极表面液膜厚度增加，铜和银电极的腐蚀电流密度减小；在自然大气中，铜和银电极的阻抗值随暴露时间的延长而缓慢增大。铜电极在分别含CO2、SO2、H2S三种气体的大气环境中，均随着腐蚀性气体浓度的增加，腐蚀速度增大。尤其在两种含硫气体环境中，随着含硫气体浓度的增加，铜电极反应阻力明显减小。银电极对H2S敏感性强，随着大气环境中H2S浓度的增加，银的阻抗值明显减小。 采用三电极电化学电池就室内常见污染物(HCHO、HCOOH、C2H4O2S)对金属铜和银的腐蚀性进行了研究，结果显示：随着大气中HCHO浓度的升高，铜电极的电荷转移电阻下降，银电极的阻抗值明显减小，阴极极化和阳极极化程度降低，XRD分析结果也显示，甲醛氧化成甲酸对铜表面产生腐蚀，形成甲酸铜腐蚀产物；甲酸气体对铜和银的腐蚀性更强，大气中含0.1mg/m3的甲酸就可以使铜电极的阻抗值出现明显的下降，银电极阻抗随着HCOOH浓度的增加而逐步减小；在含饱和C2H402S气体的大气环境中，随着暴露时间的延长，铜、银电极表面阻 上述实验结果显示，双电极原电池与三电极电化学电池均能反映出大气环境中腐蚀性气体浓度的变化对电极表面的影响。交流阻抗谱无论是腐蚀离子在表面液膜中，还是腐蚀性气体存在与周围大气环境中，均能准确的反应出电极表面变化情况，是大气腐蚀较为可靠准确的测定方法。 最后，本文采用实验所得数据（以CO2和HCHO对铜电极的腐蚀为例），利用多项式拟合，对金属铜、银的大气腐蚀性进行预测。结果显示：预测结果与实验结果间的误差能控制在±5％以内，即该预测系统能较有效地预测不同腐蚀性气体浓度对金属表面的影响程度，为文物保存、文物腐蚀控制方法的选择和实施提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2课题研究的目的和意义

1.3国内外研究现状及其进展

1.3.1大气环境暴露实验

1.3.2室内加速腐蚀实验法

1.3.3电化学测试方法

1.3.4金属大气腐蚀机理

1.4论文的主要研究内容

参考文献：

第二章铜和银电极在不同液膜中的电化学行为研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.3.1金属铜和银电极在含氯离子(C1-)介质中的电化学性能

2.3.2金属铜和银电极在含亚硫酸(H2SO3)介质中的腐蚀行为

2.3.3金属铜和银电极在含硫离子(S2-)介质中的腐蚀行为

2.4小结

参考文献：

第三章铜和银电极在不同大气环境中的电化学行为研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.3.1铜和银电极在不同厚度液膜中的电化学行为

3.3.2铜和银电极在不同温度大气环境中的电化学行为

3.3.2铜和银电极在不同湿度大气环境中的电化学行为

3.3.3铜和银电极在自然人气环境中暴露不同时间的电化学行为

3.3.4铜和银电极在含不同浓度CO2大气中的电化学行为

3.3.5铜和银电极在含不同浓度SO2大气中的电化学行为

3.3.6铜和银电极在含不同浓度H2S大气中的电化学行为

3.4小结

参考文献：

第四章铜和银电极在含有机污染气体大气环境中的电化学行为研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.3.1铜和银电极在含甲醛大气环境中的电化学行为

4.3.2铜和银电极在含甲酸大气环境中的电化学行为

4.3.3 XRD分析

4.3.4铜和银电极在含巯基乙酸大气环境中的电化学行为

4.4小结

参考文献：

第五章利用多项式拟合的大气腐蚀预测

5.1引言

5.2多项式拟合模型建立

5.3多项式拟合的应用

5.4小结

参考文献：

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间申请的专利

作者在攻读硕士学位期间参与的项目

致 谢