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局部腐蚀机理研究最新进展

时间:2012-11-16 14:37:37  来源:材料腐蚀学科发展报告  作者:中国科学技术协会

        局部腐蚀机理研究是腐蚀与防护学科研究前沿关注的另一个重要方面,因为灾难性的腐蚀事故多由局部腐蚀诱发。近年来,我国学者在局部腐蚀领域也开展了大量研究工作并取得不少重要进展。厦门大学林昌健团队用扫描电化学探针研究了钢的局部腐蚀,结果表明,Cl-优先吸附并聚集在表面的缺陷位置,导致小孔萌生并发展,钢中的硫化锰夹杂是最容易秀发小孔腐蚀的缺陷。北京科技大学乔利杰教授课题组发现氢对点蚀有巨大的影响,无氢不锈钢在6%FeCl3溶液中浸泡一个月也不发生点蚀,含氢时则在几个小时内疚发生大量点蚀,原子力显微镜研究表明,氢在晶界、相界和铁素体相内富集形成大量的低电位区,从而导致点蚀的发生。韩恩厚研究院团队用扫描电化学显微镜和原子力显微镜研究了划痕对合金690TT在10%NaOH溶液和250℃高温高压水中的局部腐蚀的影响,电化学测试表明,划痕部位电化学活性增强,划痕沟及整个形变区作为阳极具有最高的峰值电流,较强的局部腐蚀可以在沟槽底部诱发裂纹。

        关于亚稳态孔蚀行为我国学者也开展了不少研究。北京化工大学左禹教授团队的研究表明,碳钢和纯铁上亚稳态小孔形成并再钝化后,钝化的小孔及其周边区域仍然是后续亚稳态小孔优先形核的位置,从而容易形成聚集态的小孔;小孔很容易沿着表面的划痕沟槽形成,说明除了夹杂物以外,表面的几何形态在小孔最初的形核过程中也起着重要作用;电化学信号特征与实际小孔的大小和书目存在良好的一致性。不同离子对亚稳态小孔和稳态小孔生长有相似的影响,表明二者的生长过程本质相同。复旦大学李劲教授团队利用超声换能器与电化学电池结合研究了不锈钢的小孔腐蚀,通过超声作用能够控制亚稳态或稳态小孔生长过程中小孔上部的膜盖破裂,证实了膜盖对小孔稳定性的作用。较浅的小孔上膜盖破裂会导致小孔钝化,而深孔则有可能在无膜盖条件下继续生长。研究还表明,循环极化测量的再钝化电位能够较好地描述小孔内部闭塞区的行为。华中科技大学董泽华教授等用电化学噪声法研究了Q345钢在混凝土孔隙液中的亚稳态孔蚀行为,亚稳态小孔的萌生速度开始时迅速增大,但随后达到一个稳定值;稳定孔蚀发生后,亚稳态小孔的形核收到锈层的诱发而主要发生在锈层边缘。李晓钢教授团队引入原胞自动机算法用计算机模拟了小孔腐蚀过程,结果与试验一致,并分析了影响亚稳态小孔转变为稳定小孔的主要因素如扩散条件、小孔半径等的影响。

       李瑛等的结果表明:纳米晶涂层的孔蚀阻力明显高于普通多晶合金,其亚稳态孔蚀频率增大,而稳定蚀孔形核与生长速度降低,认为纳米晶促进了钝化膜中纳米尺寸的氧化物粒子的形成和生长,从而增强了涂层的再钝化能力。中科院金属研究所吴欣强等研究了304不锈钢在H2SO4溶液中发生孔蚀时的声发射特征,观察到两种类型的声发射信号,认为小孔内产生的氢气泡是声信号的来源。郭兴蓬等研究了13Cr不锈钢在NaCl溶液中的晶间腐蚀,考虑了缝隙开口尺寸和缝外/内面积比r的影响,r值增大使缝隙腐蚀孕育期延长,但一旦腐蚀发生,其发展速度更快。李劲等对双环电位反应测量晶间腐蚀敏感性的方法进行了改进,针对双相不锈钢UNS S31803得到了晶间敏化试验的优化条件。

       局部腐蚀研究中最困难的部分莫过于由环境和应力因素联合诱发的腐蚀开裂裂纹起始和扩展规律与机理研究,其中裂纹顶端的力学-化学行为与腐蚀机理的认识是关键,但是总体来看,近20多年,有关应力腐蚀机理研究进展不大,主要原因是缺乏对裂尖部位的微区测量与观察的结果。在应力腐蚀研究方面有较多研究工作的单位是中国科学院金属研究所柯伟院士团队,北京科技大学乔利杰教授、吴荫顺教授、李晓钢教授和路民旭教授团队,天津大学宋诗哲教授团队,中国科学院海洋研究所黄颜良教授等。

        应力腐蚀热点主要集中在裂纹顶端的力学-化学行为与腐蚀机理和各种新型环境的应力腐蚀两个方面,例如土壤环境、大气环境下高强管线钢的应力腐蚀机理与规律、油气管线硫化氢应力腐蚀开裂、二氧化碳应力腐蚀开裂、核电材料应力腐蚀开裂等。柯伟院士团队在高强管线钢土壤应力腐蚀行为与激励方面开展了较多的研究。乔利杰等对模拟土壤溶液中管线钢应力腐蚀裂纹的起始和扩展速率尽兴了系统研究与测量,并对其激励尽兴了深入的分析。他们对铁电功能材料环境开裂行为与机理研究,对其环境开裂行为有了更深入的认识,取得了一系列创新性结果。刘智勇等围绕X70级管线钢在我国酸性土壤环境中的SCC可能性及其发生的规律和机制开展研究,探索了确定酸性土壤实验室模拟介质的方法,研究了X70钢及其焊缝区组织在鹰潭嘟嚷环境中的SCC行为规律及机制,随着外加电位的变化而呈现阳极溶解机制(AD)、氢脆机制(HE)、AD和HE复合机制。各机制电位区可以通过快速和慢速扫描极化曲线的对比关系确定。用快扫和慢扫极化曲线结合SSRT方法可以计算各种机制下的SCC的敏感性,其计算结果与实测结果能很好地吻合。

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