模拟大气环境下锌的腐蚀演化及机理研究
发布时间：2021-03-08 01:19
Zn是应用最广泛的金属之一,由于在大气环境下具有较高的耐蚀性,因此经常在钢铁腐蚀防护工程中用于制作耐蚀性涂层。Zn的腐蚀与大气环境密切相关,对含有Cl-和/或SO2的高温高湿大气极为敏感。在大气环境下,根据腐蚀时间的长短可将Zn的腐蚀分解为两个过程:在液滴下的初期腐蚀过程和在薄液膜下的长期腐蚀过程。同时,Zn在液滴下的初期腐蚀行为将对长期腐蚀造成影响。本研究主要关注Zn及镀锌钢在模拟环境下的腐蚀行为和机理,包括:纯Zn在液滴下的初期腐蚀行为及机理,探讨了环境湿度对初期腐蚀行为的影响;分析了纯Zn在模拟海洋大气环境、工业大气环境、混合大气环境下的腐蚀动力学特征与锈层形貌及成分之间的关系;探究了镀锌钢在模拟广州大气环境下腐蚀动力学与锈层成分、结构、电化学性能之间的具体联系。主要结论如下:在不同环境湿度下,Zn表面的液滴将表现出不同的演变行为:不发生边界现象（60%RH）;向外铺展（70%&80%RH）;向外铺展并产生微液滴（90%RH）;当液滴铺展和微液滴同时发生时,液滴中心将在腐蚀过程中持续作为主要的阳极区发生金属溶解反应,主液滴边缘、...
【文章来源】：河南农业大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Zn大气腐蚀的动力学示意图
9潮解；可能来自于近海岸的浪花碎片；也可能来自于昼夜交替时的自然结露[19,23,24,49]。这些液滴带有不同的离子成分，在Zn表面具有不同的腐蚀行为，生成不同的腐蚀产物，并进一步影响Zn的长期腐蚀行为和寿命。在半球形液滴下，氧气的传输差异将导致在液滴周边和液滴中心分别建立阴极区和阳极区[87,88]。在液滴下分离阳极和阴极区域将导致液滴中离子种类和浓度，腐蚀电流和金属表面电位等的时空变化[51-55,65,79,80,89-98]。这些变化将造成在液滴的不同区域生成不同的腐蚀产物，这些腐蚀产物的聚集不仅将改变材料表面的吸湿能力，还将在材料表面再次润湿时，使得不同位置具有不同的腐蚀发生能力，进而影响金属长期腐蚀过程。1.7本文的研究思路及方法考虑到液滴腐蚀的普遍存在及其对长期腐蚀过程的影响，本论文首先研究了纯Zn在液滴下的初期腐蚀行为及机理，探讨了环境湿度对初期腐蚀行为的影响；随后，研究了Zn在不同模拟大气环境中的腐蚀演化行为及腐蚀特征，主要包括：探讨了Zn在典型大气环境：海岸大气环境、工业大气环境及混合（海岸+工业）大气环境下的腐蚀动力学特征，以及腐蚀动力学特征与锈层结构和成分之间的关系。最后，研究了Zn的主要工业产品——镀锌钢在模拟广州市大气环境下的腐蚀演化规律，探究了在该模拟环境下的腐蚀动力学与锈层演化过程中锈层成分、结构、电化学性能之间的具体联系。下图给出了本文的技术路线图。图1-3本研究技术路线图Fig.1-3Technicalroadmapforthisstudy
102研究材料与方法2.1实验材料与实验样品制备2.1.1实验材料实验材料选用购买的葫芦岛纯Zn锭，锌锭成分标准为：锌(Zn)≥99.995%，铅(Pb)≤0.003%，镉(Cd)≤0.002%，铁(Fe)≤0.001%，铜(Cu)≤0.001%，锡(Sn)≤0.001%。在模拟广州市大气腐蚀实验及室外曝晒实验中，采用工业镀锌钢板，镀锌钢板采用热浸镀锌工艺生产。工业镀锌时使用的Zn的纯度＞99.99%。镀锌层厚度＞100μm。2.1.2样品制备将Zn锭切割成30mm×30mm×5mm和10mm×10mm×3mm尺寸的样品。其中30mm×30mm×5mm尺寸样品用于制锈和腐蚀增重失重试验。样品使用环氧树脂封装，控制裸露面积为30mm×30mm，密封后的样品见图2-1。随后样品经水磨砂纸打磨至800#，经酒精冲洗，冷风吹干后放入干燥其中备用。图2-1制锈及增重失重试验样品示意图Fig.2-1Schematicdiagramofthesampleusedinrustandweightmeasurement电化学实验采用10mm×10mm×3mm样品，同样采用环氧封装，在样品背部焊接导线。样品经水磨砂纸打磨至800#，经酒精冲洗吹干备用。电化学样品见图2-2。图2-2电化学测试试验样品示意图Fig.2-2Schematicdiagramofthesampleusedinelectrochemicaltest
本文编号：3070154
【文章来源】：河南农业大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Zn大气腐蚀的动力学示意图
9潮解；可能来自于近海岸的浪花碎片；也可能来自于昼夜交替时的自然结露[19,23,24,49]。这些液滴带有不同的离子成分，在Zn表面具有不同的腐蚀行为，生成不同的腐蚀产物，并进一步影响Zn的长期腐蚀行为和寿命。在半球形液滴下，氧气的传输差异将导致在液滴周边和液滴中心分别建立阴极区和阳极区[87,88]。在液滴下分离阳极和阴极区域将导致液滴中离子种类和浓度，腐蚀电流和金属表面电位等的时空变化[51-55,65,79,80,89-98]。这些变化将造成在液滴的不同区域生成不同的腐蚀产物，这些腐蚀产物的聚集不仅将改变材料表面的吸湿能力，还将在材料表面再次润湿时，使得不同位置具有不同的腐蚀发生能力，进而影响金属长期腐蚀过程。1.7本文的研究思路及方法考虑到液滴腐蚀的普遍存在及其对长期腐蚀过程的影响，本论文首先研究了纯Zn在液滴下的初期腐蚀行为及机理，探讨了环境湿度对初期腐蚀行为的影响；随后，研究了Zn在不同模拟大气环境中的腐蚀演化行为及腐蚀特征，主要包括：探讨了Zn在典型大气环境：海岸大气环境、工业大气环境及混合（海岸+工业）大气环境下的腐蚀动力学特征，以及腐蚀动力学特征与锈层结构和成分之间的关系。最后，研究了Zn的主要工业产品——镀锌钢在模拟广州市大气环境下的腐蚀演化规律，探究了在该模拟环境下的腐蚀动力学与锈层演化过程中锈层成分、结构、电化学性能之间的具体联系。下图给出了本文的技术路线图。图1-3本研究技术路线图Fig.1-3Technicalroadmapforthisstudy
102研究材料与方法2.1实验材料与实验样品制备2.1.1实验材料实验材料选用购买的葫芦岛纯Zn锭，锌锭成分标准为：锌(Zn)≥99.995%，铅(Pb)≤0.003%，镉(Cd)≤0.002%，铁(Fe)≤0.001%，铜(Cu)≤0.001%，锡(Sn)≤0.001%。在模拟广州市大气腐蚀实验及室外曝晒实验中，采用工业镀锌钢板，镀锌钢板采用热浸镀锌工艺生产。工业镀锌时使用的Zn的纯度＞99.99%。镀锌层厚度＞100μm。2.1.2样品制备将Zn锭切割成30mm×30mm×5mm和10mm×10mm×3mm尺寸的样品。其中30mm×30mm×5mm尺寸样品用于制锈和腐蚀增重失重试验。样品使用环氧树脂封装，控制裸露面积为30mm×30mm，密封后的样品见图2-1。随后样品经水磨砂纸打磨至800#，经酒精冲洗，冷风吹干后放入干燥其中备用。图2-1制锈及增重失重试验样品示意图Fig.2-1Schematicdiagramofthesampleusedinrustandweightmeasurement电化学实验采用10mm×10mm×3mm样品，同样采用环氧封装，在样品背部焊接导线。样品经水磨砂纸打磨至800#，经酒精冲洗吹干备用。电化学样品见图2-2。图2-2电化学测试试验样品示意图Fig.2-2Schematicdiagramofthesampleusedinelectrochemicaltest
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