电化学噪声混沌分析在碳钢的大气腐蚀及其表面电沉积锌中的应用

摘要

本论文基于混沌基础理论，应用最大Lyapunov指数(LLE)和分形维数(Fr)，结合形貌观察和物性分析，研究了碳钢干湿循环失效过程和锌电沉积成核、生长过程电化学噪声确定性和随机性与晶体结构之间的联系。
　　论文第二章通过控制碳钢Q235所在环境的相对湿度和表面液膜厚度进行“干湿循环实验”。考察了循环120小时内Q235钢噪声电阻演化规律，并通过对电流噪声（ECN）降噪和相空间重构计算LLE来确定亚稳态点蚀占所有局部腐蚀的比例。计算结果表明，亚稳态点蚀在0.1 M NaCl溶液中循环时修复延续时间大于0.1 MNa2SO4溶液中。LLE正值比例在0.1 MNa2SO4溶液中大于0.1MNaCl溶液，Q235钢在Na2SO4溶液中多发生亚稳态点蚀，而NaCl溶液中多出现稳定点蚀，扫描电子显微镜(SEM)图片进一步验证了这一结果。Na2SO4溶液中，随着干湿循环的增加，正LLE ECN序列减少。研究表明这与产物保护性有关。15个循环后，Na2SO4溶液中Q235表面锈层由致密内层和疏松外层组成。通过拉曼光谱，X射线衍射谱等表征方法可确定内层产物主要为不完全氧化物Fe3O4，外层产物主要为完全氧化产物Fe2O3。Q235钢在NaCl溶液中的腐蚀产物为不稳定β-FeOOH和Fe3-xO4（x介于0和1/3之间）。氯离子的特异吸附性和强侵蚀性使得亚稳态点蚀受产物还原反应影响小，LLE正值小。湿循环中正LLE的ECN比例大于之后的干循环，湿循环中亚稳态点蚀发生的比例多于干循环。
　　第三章研究了电流密度对Q235钢表面沉积锌电位噪声(EPN)的影响，EPN的Fr随时间呈现由小变大趋势。在中等电流密度下，电流噪声分形维数与SEM图片二维分形维数呈负相关。6.12 A/dm2时，SEM图片灰度值最小，表面比较平滑，3.06 A/dm2及以下电流密度时电极表面出现较大麻点。7.65 A/dm2时，成核过快，反应受扩散控制，表面出现明显裂纹，电流噪声分形维数降至1.33，低于其他电流密度下电位噪声分形维数。在多孔氧化铝模板上电沉积锌时，沉积过程可分成两个阶段。初始阶段，锌沉积在孔洞中，第二阶段，锌在氧化铝表面生长。3.06 A/dm2电流密度下前204 s内EPN的Fr大于4.59和6.12 A/dm2电流密度EPN的Fr。3.06 A/dm2电流密度下封孔率较高，SEM图片的二维分形维数为小于4.59和6.12 A/dm2电流密度下二维分形维数。沉积第一阶段，噪声分形维数与图片二维分形维数成负相关。而在第二阶段，锌晶体在表面生长，电位噪声的分形维数均变大。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 晶格脱嵌的力学混沌分析

1．2 电化学噪声测量及传统分析方法简介

1．3 电化学噪声数据混沌分析

1．3．1 Lyapunov指数的计算及应用

1．3．2 分形维数计算及应用

1．3．3 混沌领域其他计算方法及应用简介

1．4 本课题的研究目标

第2章 电流噪声Lyapunov指数在Q235钢腐蚀检测中的应用

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器

2．2．2 ECN数据处理

2．3 结果及讨论

2．3．1 时域、频域及噪声电阻

2．3．2 ECN相空间重构及LLE分析

2．4 本章小结

第3章 电位噪声分形维数在电沉积锌中的应用

3．1 前言

3．2 钢上电沉积锌

3．2．1 实验

3．2．2 平面钢电极上电沉积EPN分析

3．3 AAO模板中电沉积锌

3．3．1 实验

3．3．2 多孔电极上电沉积EPN分析

3．4 本章小结

第4章 总结和展望

4．1 本论文创新点

4．2 展望

参考文献

附录