大氣環境中材料薄液膜腐蝕的電化學基礎理論研究

《大氣環境中材料薄液膜腐蝕的電化學基礎理論研究》是依託浙江大學，由張鑒清擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：大氣環境中材料薄液膜腐蝕的電化學基礎理論研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：張鑒清
• 項目類別：重點項目

項目摘要

採用微電極技術、虛擬電化學儀器技術、掃描探針和數值模擬計算等新技術和新方法，結合巨觀電化學和微區電化學技術，開展模擬大氣環境中碳鋼、鋁合金和銅等典型金屬材料薄液膜下的腐蝕電化學基礎理論研究。重點研究薄液膜下材料表面的電流、電位分布規律及其腐蝕電化學機制，奠定電化學監檢測理論基礎，特別是電化學噪聲和微區電化學聯合的測試方法；探討環境因素對材料失效過程和電化學行為影響機制，研究薄液膜動態性和分散性特徵對材料表面結構和性能的影響規律，建立並求解動態和分散薄液膜下電化學動力學過程理論和模型；結合斷裂力學實驗方法，研究薄液膜下金屬應力腐蝕的電化學-力學互動作用，闡明大氣環境因素對典型金屬材料應力腐蝕行為的影響規律，明晰薄液膜下材料應力腐蝕機制。.該課題不僅能夠豐富和深化材料的薄液膜腐蝕電化學理論，發展薄液膜下材料腐蝕監檢測方法，而且對大氣環境中金屬構件的安全使用及其壽命預測具有重要的實際意義。

結題摘要

金屬材料在大氣環境中的腐蝕失效過程是典型薄液膜下的電化學行為，因此開展薄液膜下金屬腐蝕電化學研究對於深入認識金屬材料在大氣自然環境中失效機制和發展腐蝕電化學具有重要的科學意義。該重點項目根據金屬材料薄液膜下腐蝕發生髮展過程，設立靜態薄液膜下的腐蝕電化學檢測方法、動態和分散薄液膜的表征及其腐蝕電化學行為和薄液膜化學與力學的互動作用等三個子課題，並開展研究工作，取得如下研究成果。 課題組套用倒置參比電極等設計了薄液膜研究裝置，發展薄液膜下電化學阻抗譜模型和電化學電流/電位噪聲的檢測與分析方法，建立混沌理論在薄液膜下腐蝕的套用，深入研究了純銅、銅合金、碳鋼、907鋼和鎂合金等典型金屬的腐蝕過程，獲得了相對濕度、液膜厚度和侵蝕性陰離子等因素對金屬腐蝕過程的電化學行為的影響及其可能的機制。金屬表面液相狀態的變化主要表現為液膜厚度、濃度的動態改變以及液相分散程度的變化。課題組還研究液膜濃度動態變化對碳鋼初期腐蝕行為的影響，明確了活性腐蝕產物在乾濕循環過程中的轉化及對碳鋼腐蝕過程的促進作用。碳鋼的腐蝕速度與液相分散程度成正比，並建立了相關理論模型，進一步提出液滴鋪展因子參數，隨著鋪展因子的增加，局部腐蝕強度指數逐漸增大，碳鋼腐蝕強度增加。同時，針對典型金屬材料在薄液膜下的應力腐蝕敏感性問題研究匱乏，課題組通過室外暴露試驗、室內模擬試驗和微區電化學測試等，利用力學計算、電化學測量、形貌觀察和產物分析等方法，獲得了酸性或海洋大氣環境因素對鋁合金、低合金高強鋼、鎂合金等金屬應力腐蝕行為的作用規律。圍繞裂尖應力場分布對腐蝕電極過程的作用機制，採用微區電化學測試技術，研究了薄液膜體系下，應力和腐蝕共同作用對金屬電極電位、點蝕形核、裂紋萌生、氫致開裂等的影響規律。以高強鋁合金為重點，採用應力場分析、電極過程模擬等數值分析方法，闡述了大氣環境中高強鋁合金應力腐蝕的理論模型，該方法已在鎂合金和低合金高強鋼中得到驗證。 以上研究內容和結果共發表SCI學術論文近40篇，出版專著一本，已經初步形成薄液膜下金屬腐蝕電化學，也為工程構件的安全評定奠定理論基礎並具有工程套用前景。