Q370qNH桥梁耐候钢在模拟不同大气环境中的干湿交替缝隙腐蚀行为研究
发布时间：2021-01-13 06:52
随着我国大跨度钢结构桥梁的推广,桥梁耐候钢因其优良的耐大气腐蚀性能在桥梁建设领域呈现出良好的发展前景。桥梁结构件中焊接、铆接等连接方式的大量使用,使得桥梁耐候钢缝隙腐蚀的发生非常广泛,成为桥梁构件的薄弱部位,由于缝隙位置的隐蔽性进一步增加了钢桥的安全隐患。目前针对耐候钢在不同腐蚀性大气环境中的缝隙腐蚀机理还缺乏足够的认识,尤其干湿交替环境下缝隙腐蚀研究鲜有报道。干湿交替加速腐蚀方法是对下雨和光照的真实大气腐蚀环境的模拟,因此研究含缝隙试样的缝隙内、外和无缝隙试样的不同腐蚀行为,以及在干湿交替环境下缝隙腐蚀机理,对桥梁结构件的腐蚀与防护有着非常重要的意义。本文采用干湿交替循环腐蚀方法,分别模拟除冰盐、NaHSO3及除冰盐+NaHSO3交替作用等三种西北地区典型的腐蚀环境,通过扫描电镜（SEM）和激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）观察腐蚀形貌,并结合使用XRD和电化学工作站对锈层组成和电化学特性进行表征,得到以下结论:1.在除冰盐环境中,无缝隙试样在整个腐蚀周期中的腐蚀失重始终大于含缝隙试样的总腐蚀失重;无缝隙试样的锈层疏松多孔,腐蚀产物主要为α-...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气腐蚀速率与金属表面水膜厚度的关系
腛2浓差[46,47]，M+浓差[48]，Cl-浓差[49]及PH的差异[50]等。但是目前还没有相对统一的机理来解释缝隙内外的“差异”。1967年，M．G．Fontana[51]等人提出了缝隙闭塞区自催化加速理论，该理论认为缝隙腐蚀主要包括两个阶段(如图(1.2))。第一阶段，缝隙内、外均匀地发生金属的溶解和氧气的还原反应，随着腐蚀产物的生成，导致缝内处于贫氧状态，从而形成闭塞区。随后进入第二阶段，闭塞区内金属离子大量积累而无法向外扩散，由于电泳作用，吸引大量Cl-向内迁移，造成金属离子的水解并导致局部酸化，促进缝隙闭塞区自催化。图1.2缝隙腐蚀自催化闭塞电池理论示意图2．IR降理论早在1972年，Pickering等[52-54]提出的IR降理论认为闭塞区内电位降是加速金属溶解的主要因素，这与成分变化理论有所不同。图1.3为缝隙腐蚀发生的IR降机理示意图，缝内的电流流向缝外是从极窄的缝隙中通过的，缝隙中的溶液具有较大的电阻，引起较大IR降，迫使缝内金属的电位从钝化区进入活性溶解区，从而引发缝内腐蚀。图中I为缝隙内金属溶解电流的累计值，R为电解质通道的
工程硕士学位论文7电阻，△Φ*为缝口处和极化曲线上钝化活化转化区之间的电位差，IR>△Φ*扩为缝隙腐蚀开始和稳定化的条件。在缝隙腐蚀的诱导期IR<△Φ[55]，而缝隙腐蚀进入发展期时，酸化[56]，缝口尺寸的变化[57,58]，温度变化[59,60]等都可以使得IR>△Φ。IR降理论可作为解释缝隙腐蚀发生发展的统一机理。此后，研究者们[61]也展开了大量研究。图1.3缝隙腐蚀IR降理论示意图1.3.3缝隙腐蚀的影响因素缝隙腐蚀发生的与很多因素有关，可能是内部因素，如缝隙的形状和尺寸，也可能是外部因素，如温度，腐蚀介质等。1．几何形状的影响缝隙的几何形态、宽窄和深浅及缝隙内外面积比等，对缝内外物质的交换、电位的高低变化和宏观腐蚀电池有效性都有至关重要的作用。缝内外金属在腐蚀介质中构成腐蚀电流，缝内金属为阳极，缝外金属为阴极。在缝隙外金属表面上发生的“大阴极”还原反应对缝隙微区的“小阳极”溶解反应有很大促进作用。2．环境因素的影响环境因素对缝隙腐蚀的影响包括溶解O2量、电解质浓度、温度、PH和Cl-浓度等。溶液中溶氧量增加，加速了缝外阴极反应，缝内腐蚀速率随之增大。溶液呈酸性时，阴极发生的是析氢反应，此时对氧的影响很校溶液温度对缝隙腐蚀的影响较为复杂，缝隙腐蚀在高温下发生造成的危险性较大；缝隙腐蚀温度到达临界值(CCT)后更易于发生缝隙腐蚀。流速的影响可分为两种情况，其一是当流速加大时，缝隙外溶液中的氧含量随之升高，则缝隙腐蚀速度加快；其二是当流速大到足以冲刷掉沉积物时，则降低了缝隙腐蚀敏感系数。降低PH值，只要缝隙外部金属仍处于钝化状态，则缝隙腐蚀量增加。有的研究表明，SO42-和NO3-等阴离子可缓解缝隙腐蚀发生的程度，但具体影响要受到离子含量和其氯离子含量的比率控制。3．合金
本文编号：2974422
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气腐蚀速率与金属表面水膜厚度的关系
腛2浓差[46,47]，M+浓差[48]，Cl-浓差[49]及PH的差异[50]等。但是目前还没有相对统一的机理来解释缝隙内外的“差异”。1967年，M．G．Fontana[51]等人提出了缝隙闭塞区自催化加速理论，该理论认为缝隙腐蚀主要包括两个阶段(如图(1.2))。第一阶段，缝隙内、外均匀地发生金属的溶解和氧气的还原反应，随着腐蚀产物的生成，导致缝内处于贫氧状态，从而形成闭塞区。随后进入第二阶段，闭塞区内金属离子大量积累而无法向外扩散，由于电泳作用，吸引大量Cl-向内迁移，造成金属离子的水解并导致局部酸化，促进缝隙闭塞区自催化。图1.2缝隙腐蚀自催化闭塞电池理论示意图2．IR降理论早在1972年，Pickering等[52-54]提出的IR降理论认为闭塞区内电位降是加速金属溶解的主要因素，这与成分变化理论有所不同。图1.3为缝隙腐蚀发生的IR降机理示意图，缝内的电流流向缝外是从极窄的缝隙中通过的，缝隙中的溶液具有较大的电阻，引起较大IR降，迫使缝内金属的电位从钝化区进入活性溶解区，从而引发缝内腐蚀。图中I为缝隙内金属溶解电流的累计值，R为电解质通道的
工程硕士学位论文7电阻，△Φ*为缝口处和极化曲线上钝化活化转化区之间的电位差，IR>△Φ*扩为缝隙腐蚀开始和稳定化的条件。在缝隙腐蚀的诱导期IR<△Φ[55]，而缝隙腐蚀进入发展期时，酸化[56]，缝口尺寸的变化[57,58]，温度变化[59,60]等都可以使得IR>△Φ。IR降理论可作为解释缝隙腐蚀发生发展的统一机理。此后，研究者们[61]也展开了大量研究。图1.3缝隙腐蚀IR降理论示意图1.3.3缝隙腐蚀的影响因素缝隙腐蚀发生的与很多因素有关，可能是内部因素，如缝隙的形状和尺寸，也可能是外部因素，如温度，腐蚀介质等。1．几何形状的影响缝隙的几何形态、宽窄和深浅及缝隙内外面积比等，对缝内外物质的交换、电位的高低变化和宏观腐蚀电池有效性都有至关重要的作用。缝内外金属在腐蚀介质中构成腐蚀电流，缝内金属为阳极，缝外金属为阴极。在缝隙外金属表面上发生的“大阴极”还原反应对缝隙微区的“小阳极”溶解反应有很大促进作用。2．环境因素的影响环境因素对缝隙腐蚀的影响包括溶解O2量、电解质浓度、温度、PH和Cl-浓度等。溶液中溶氧量增加，加速了缝外阴极反应，缝内腐蚀速率随之增大。溶液呈酸性时，阴极发生的是析氢反应，此时对氧的影响很校溶液温度对缝隙腐蚀的影响较为复杂，缝隙腐蚀在高温下发生造成的危险性较大；缝隙腐蚀温度到达临界值(CCT)后更易于发生缝隙腐蚀。流速的影响可分为两种情况，其一是当流速加大时，缝隙外溶液中的氧含量随之升高，则缝隙腐蚀速度加快；其二是当流速大到足以冲刷掉沉积物时，则降低了缝隙腐蚀敏感系数。降低PH值，只要缝隙外部金属仍处于钝化状态，则缝隙腐蚀量增加。有的研究表明，SO42-和NO3-等阴离子可缓解缝隙腐蚀发生的程度，但具体影响要受到离子含量和其氯离子含量的比率控制。3．合金
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