四氧化二氮--水模拟体系对金属材料的腐蚀行为

摘要

四氧化二氮，分子式N2O4，常温常压下是与二氧化氮共混的气态混合物，具有强氧化性与毒性，常跟肼类燃料作为推进剂广泛应用于航空航天领域。纯净的四氧化二氮不具有腐蚀性，但是工业生产的四氧化二氮往往含量少量水分(0.1％～0.4％)，两者反应生成硝酸与亚硝酸，对金属材料制作的储罐具有腐蚀性，容易造成罐体的腐蚀与损坏，引发安全事故。对于四氧化二氮对金属材料的腐蚀问题绝大多数学者都是在真实条件下密闭环境中进行研究，通过材料腐蚀形貌、力学性能变化以及电化学腐蚀电流等研究手段进行腐蚀行为研究。但是，这些研究方法通常需要5-10年的研究周期，存在研究时间长、成本高、安全系数低等诸多问题。　　本文基于四氧化二氮与二氧化氮能够相互转化原理，借助硝酸与亚硝酸钠归中反应生成二氧化氮，在密闭环境中建立与四氧化二氮/水混合体系腐蚀机理相似的硝酸-亚硝酸-硝酸钠.水模拟体系，并进一步研究该模拟体系对三种合金材料铝合金SA06、不锈钢0Cr18Ni9、铝锂合金1420的腐蚀行为。该方法不仅操作简便、安全系数高，还能够通过改变腐蚀体系浓度加速腐蚀行为缩短实验周期。本文设置不同的模拟腐蚀体系浓度对金属材料进行腐蚀研究，通过分析处理前后试样的质量变化，绘制腐蚀率曲线并进行数据回归分析，建立相应浓度下加速腐蚀曲线;借助三维视频显微镜，以表面粗糙程度来表征腐蚀程度，观测腐蚀前后试样表观形貌变化;通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)对腐蚀液中的金属离子进行定量分析，总结腐蚀规律;对贮箱基体材料与焊缝材料进行对比分析，观测焊缝材料在模拟腐蚀体系中力学性能变化;最后通过扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪等测试手段对材料表面生成的腐蚀产物进行定性分析，探究腐蚀机理。　　研究结果表明，硝酸.亚硝酸-硝酸钠-水模拟体系中硝酸钠对金属腐蚀无明显加速作用，其效果可以忽略，模拟体系从腐蚀机理上可近似等同于四氧化二氮.水体系:在不同的腐蚀条件下，不锈钢的耐蚀性远远优于铝合金与铝锂合金材料;随着腐蚀时间的延长，铝合金与铝锂合金试样表面会出现明显的腐蚀斑迹与坑洞;若同一腐蚀体系中存在着不同的金属材料，会构成电化学腐蚀，化学活泼性高、反应性强的金属材料作为阳极被优先腐蚀，反应性较低的材料作为阴极被保护;SEM检测铝合金SA06、铝锂合金1420试样经腐蚀后表面会生成明显的腐蚀产物，EDS分析产物主要由H-Al-O组成;对于对接堆焊的焊缝材料，初期其耐蚀性优于基体材料，随着腐蚀时间的延长，焊缝材料的力学性能下降明显，由原材料的塑性断裂转变为脆性断裂;在一定的腐蚀液浓度下（0.008mol/L≤c≤0.167mol/L），铝合金SA06和铝锂合金1420在模拟腐蚀体系中符合一定的线性加速腐蚀规律。

目录

声明

摘要

第－章绪论

1．1选题背景与研究意义

1．1．1选题背景

1．1．2研究意义

1．2贮箱材料的应用与发展

1．3四氧化二氮对贮箱材料的腐蚀研究

1．3．1国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．4本课题的主要研究内容与意义

1．4．1本课题的主要研究内容

1．4．2本课题的研究意义

第二章HNO2-NaNO3-H2O体系对金属材料的腐蚀行为

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验仪器与药品

2．2．2实验方法

2．2．3测试方法

2．3结果与讨论

2．3．1硝酸钠对腐蚀体系的影响

2．3．2水对腐蚀体系的影响

2．3．3亚硝酸-硝酸钠-水体系对金属材料的腐蚀行为

2．3．4硝酸-水腐蚀体系对金属材料的腐蚀行为

2．3．5金属腐蚀率回归分析

2．3．6腐蚀损失率加速方程斜率n的回归分析

2．4本章小结

第三章HNO3-HNO2-NaNO3-H2O体系对金属材料的腐蚀行为

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验仪器与药品

3．2．2实验方案

3．2．3测试方法

3．3结果与讨论

3．3．1模拟腐蚀体系对基体金属材料的腐蚀行为

3．3．2金属材料表面形貌分析

3．3．3腐蚀溶液ICP分析

3．3．4 SEM分析与EDS分析

3．4本章小结

第四章HNO3-HNO2-NaNO3-H2O体系对焊缝金属材料的腐蚀行为

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验仪器与药品

4．2．2实验方案

4．2．3测试方法

4．3结果与讨论

4．3．1模拟腐蚀体系对铝合金焊缝材料的单独腐蚀实验

4．3．2模拟腐蚀体系对铝合金与不锈钢焊缝材料的混合腐蚀实验

4．3．3金属焊缝材料的腐蚀率回归分析

4．3．4腐蚀损失率加速方程斜率仃的回归分析

4．3．5模拟腐蚀体系对铝合金焊缝材料的应力拉伸变化与断口形貌变化

4．4本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢