Q235碳钢材料被选为腐蚀测试。Q235碳钢材料是应用最广泛的金属材料之一,在电力传输和转换项目。Q235碳钢的化学成分如表所示 1。

所有的Q235碳钢样品用于大气暴露实验中被削减 One hundred. 毫米 × 50 毫米 × 3 毫米 通过电极丝切割。然后,他们被机械地磨800 -粗砂岩表面光滑。表面油被超声波清洁无水酒精清洗,然后,标本干用吹风机和存储在一个干燥的容器。

大气暴露实验在成都进行大气腐蚀站。准备的Q235碳钢标本上安装一个测试架的倾角45°和暴露于环境空气,水平向天空和朝南,在那里他们受到一年(从2016年11月到2017年11月)。环境参数如温度、相对湿度、降水量、降水的pH值,₂浓度、氯^{- - - - - -}沉降速度在大气暴露试验表列出在成都 2。

Q235碳钢标本收集每次暴露于环境空气连续15后,30岁,90年,180年和365天。他们被用来分析腐蚀过程,腐蚀形态和锈层的产品。

使用数码相机(佳能、博秀SX700 HS)采取宏观Q235碳钢标本的照片后15日,30日,90年,180年和365天的曝光在成都市大气环境中,宏观腐蚀形态观察。

微观结构和截面形态的Q235碳钢标本扫描电镜观察到(日立,SU3500)。能量色散谱(EDS、日立)是用来确定腐蚀产物的元素。

锈层的结晶阶段被确定使用粉末x射线衍射仪(XRD、苍天)。锈层被撤标本和充分的地面在玛瑙研钵体5 μ米粒子的大小。2θ角10°~ 90°。XRD分析结果玉6.0软件。

锈层的构成分析了傅里叶变换红外光谱(FTIR)的那些时光6700年在Nicolet FTIR光谱仪(美国Nicolet) 4000至500厘米⁻¹2厘米的一项决议⁻¹。

Q235碳钢标本暴露大气环境在成都15,30岁,90年,180年和365天。腐蚀减肥后365天的曝光是17.42 μm / a。检索样本用数码相机拍摄的。图 1显示了宏观腐蚀形态的Q235碳钢样品用不同曝光时间在成都。数据 1(一)- 1(e)代表了腐蚀形态在前面的标本在不同的曝光时间,而数据 1(一个 ′ )- - - 1(e ′ )代表的腐蚀形态的标本在不同曝光时间。当Q235碳钢材料暴露15天,大部分地区的标本正面被锈层覆盖,如图 1(一);基质金属仍露出的一部分;表面上似乎不均匀的棕色。图 1(一个 ′ )显示Q235碳钢的腐蚀形态试样背面;背面的腐蚀程度远远低于正面;几乎没有铁锈斑点;大多数地区的基质金属还是裸体。曝光后30天,图 1(b)显示的腐蚀形态在前面一边标本;锈层的面积继续扩大;它可以发现,露出基质金属显著降低。同时,在样品的背面图所示 1(b ′ ),铁锈斑点的数量增加,锈层的区域扩大;然而,背面的腐蚀程度仍远低于正面。Q235碳钢试样时暴露了90天,图 1(c)展品的正面标本已经完全覆盖了棕色的锈层和外锈层松散。图 1(c ′ )显示后标本的形态;铁锈斑点的数量明显增加,密集,但他们没有完全覆盖基体金属。曝光时间的180天,样品呈现均匀的棕色的正面锈层,并与早期的接触时间,锈层变得致密(图 1(d))。图 1(d ′ )提出了试样的腐蚀程度的背面持续增长;锈层几乎完全覆盖了基质金属;只剩下少量的基体金属。Q235碳钢试样时暴露了365天,图 1(e)的正面显示标本出现暗棕色,并演示了一个紧凑的锈层。在图 1(e ′ ),试样的腐蚀程度的背面已经显著增加与180天相比,锈层呈现红棕色的颜色,及其外锈层更宽松的正面。从宏观的角度通过形态学观察,在前面的曝光时间15天~ 180天,Q235碳钢试样的腐蚀程度的正面是比这更严重的背面。这是由于腐蚀的正面标本主要是由于雨水,冷凝,潮湿的气氛。然而,背面的标本,雨水和冷凝很难连接,所以它的腐蚀主要是由于潮湿的气氛。后来曝光时间的365天,标本的正面形成了一个相对致密锈层,水分不易渗透,所以腐蚀增长放缓。而背面的标本是由一个相对宽松的锈层,水分很容易渗透通过外锈层,所以腐蚀继续增长。除了曝光时间,季节也影响了腐蚀过程。最初的15天,30天是在冬天,用更少的降雨和较低的湿度,并导致较低的腐蚀程度。90天的接触是在春天;腐蚀程度高于在冬天。 180~365 days were in summer and autumn, with the most rain and the highest corrosion degree.

扫描电镜进行观察的表面微观腐蚀形态Q235碳钢样品用不同曝光时间在成都火车站;结果如图所示 2。数据 2(一个)- - - - - - 2 (f)代表前面的Q235碳钢样品表面形态暴露15,30岁,90年,180年和365天。SEM的放大都设置为500次。

它可以看到从图 2(一个)的Q235碳钢试样之前曝光显示表面有条纹的放大后,这是由于金属衬底的表面抛光。Q235碳钢样品时暴露15天,几个圆形区域在图 2 (b)局部腐蚀点,腐蚀产物的组成的球形颗粒大小不同,剩下的有条纹的地区未受腐蚀的基体金属。经过30天的接触,反映在图 2 (c)腐蚀面积持续增加,表面形貌是不均匀的。腐蚀产物是由球状和不规则粒子。Q235碳钢试样时暴露了90天,图 2 (d)展品,大多数地区的基质金属被腐蚀产物覆盖与腐蚀区域的进一步扩张,和表面形貌是不均匀的。不同大小的多孔结构可以观察到;他们受损的一部分;球形、棒状和针状的腐蚀产物可以看到损坏的表面之下。180天,曝光时间的人物 2 (e)揭示了Q235碳钢的腐蚀产物大量棒状和球形粒子组成的;棒状和球形粒子聚集成簇;集群的腐蚀产物是松散和多孔性;同时,他们更有利于吸附水,加速碳钢的腐蚀速率。Q235碳钢样品时暴露了365天,图 2 (f)表明大多数的腐蚀产物粒子加入在一起形成分层腐蚀产物;几个球形粒子保持密切联系;锈层出现紧凑和光滑的表面,但仍有裂缝。

图 3显示了微观腐蚀形态的Q235碳钢样品截面视图,这是暴露在成都大气环境为0,15日,30日,90年,180年和365天。SEM的放大都设置为2000次。所有的数据,下部分是碳钢基体,上部是锈层。从图可以看出 3,Q235碳钢试样的腐蚀深度增加曝光时间的增长。如图 3 (b)早期的曝光时间15天,Q235碳钢锈层厚度的标本是很小的。同时,锈层不均匀,最大腐蚀深度达到12.1 μ是7.0米,最低腐蚀深度 μm。当Q235碳钢材料暴露30天,锈层厚度与接触高天增加,腐蚀厚度是11.2之间 μm和26.0 μm,锈层厚度不均匀,如图 3 (c)。也存在不同大小的颗粒腐蚀产物锈层,这是一致的结果不均匀的表面形态和不同大小颗粒腐蚀产物观察图 2 (c)。在90天的曝光时间反映在图上 3 (d)11.6之间,锈层厚度 μm和14.9 μ米,小于30天。同时,锈层厚度的波动逐渐变得更小。这是因为大多数的部分基质金属被腐蚀产物覆盖,和宽松的表面腐蚀产物逐渐减少。当Q235碳钢材料暴露了180天,图 3 (e)表明锈层的厚度进一步增加,范围为13.6 ~ 18.1 μm;同时,球形、棒状粒子的腐蚀产物可以观察到的,这是符合观测的表面锈层的形貌图 2 (e)。图 3 (f)展品Q235碳钢样品的横截面形态暴露了365天。可以看到,锈层明显增厚,28.5 ~ 29.4的深度 μ米,甚至相当。此外,锈层比较致密,表面和底部的锈层和颗粒腐蚀产物相对宽松。

样品的Q235碳钢暴露后不同阶段在成都火车站,表面锈渣刮了XRD分析;XRD结果图中可以看到 4。当Q235碳钢材料暴露在大气环境中成都城市15天,腐蚀产物主要是包含 γ-FeOOH, α-FeOOH、铁(哦)₃, γ菲₂O₃,FeSO₄· n H₂o .这时,衍射峰的 α-FeOOH并不明显,这表明,几乎没有腐蚀的产物 α-FeOOH。曝光时间的30天,腐蚀产物是15天的相同;所有的产品的峰值强度增加,证明所有的腐蚀产物增加的内容。特别是,相对应的峰值的增加优势 γ-FeOOH和 α-FeOOH更明显,表明腐蚀产物的内容 γ-FeOOH和 α-FeOOH大大增加。腐蚀产物的90天的曝光时间和曝光时间180天,铁₃O₄被发现在腐蚀产物;的峰值强度 α-FeOOH和 γ菲₂O₃也增强。Q235碳钢试样时暴露了365天,腐蚀产物主要是包含 γ-FeOOH, α-FeOOH、铁(哦)₃, γ菲₂O₃、铁₃O₄,FeSO₄· n H₂o .比前面的腐蚀时间,峰值强度 γ-FeOOH下降,显示的内容不稳定腐蚀产品 γ-FeOOH是减少。然而,峰值的优势 α-FeOOH, γ菲₂O₃,菲₃O₄显著增加,表明腐蚀产物稳定的内容 α-FeOOH, γ菲₂O₃,菲₃O₄变得更多。

通过分析机制的化学反应在碳钢大气腐蚀的过程中,在初始阶段的曝光,碳钢的腐蚀反应过程如下: (1) 阳极 过程 : 菲 ⟶ 菲 2 + + 2 e 量 (2) 阴极 过程 : O 2 + 2 H 2 O + 4 e − ⟶ 4 O H −

哦^{- - - - - -}结合铁^{2 +}形成铁(哦)₂: (3) 菲 2 + + 2 哦 − ⟶ 菲 哦 2

铁(哦)₂不稳定和逐渐氧化FeOOH啊₂溶解在电解液的解决方案: (4) 4 菲 哦 2 + O 2 ⟶ 4 FeOOH + 2 H 2 O

当完整的锈层形成碳钢,表面腐蚀反应过程如下: (5) 阳极 过程 : 菲 ⟶ 菲 2 + + 2 e 量 (6) 阴极 过程 : 菲 2 + + 8 FeOOH + 2 e − ⟶ 3 F e 3 O 4 + 4 H 2 O

通过XRD分析腐蚀产物中, γ-FeOOH是一种挥发性产品;同时,锈层的主要成分在碳钢的腐蚀早期阶段的材料。它可以脱水形成 γ菲₂O₃。然而,长期接触后,会转变成菲₃O₄有更多的热力学稳定性。菲₃O₄可以氧化 α-FeOOH氧的作用下, α-FeOOH是一个相对稳定的腐蚀产物,其粮食是更好的比 γ-FeOOH。的内容 α-FeOOH增加,锈层的稳定性增强,锈层较长的曝光时间的密度。胶体氢氧化菲(哦)₃含有一定量的水晶水;它可能是脱水形成FeOOH或铁₂O₃在一定条件下。FeSO的形成₄· n H₂O来自的吸附₂在大气中;它沉积在湿表面的锈层,然后用铁反应。

EDS表面扫描和元素分析进行了Q235碳钢样品被暴露在成都大气环境15后,30岁,90年,180年,和365天。EDS结果如表所示 3;锈层和不同曝光时间的主要组成元素铁和O .所以Q235碳钢材料暴露的主要腐蚀产物在成都火车站是化合物含有铁和O,这是符合腐蚀产物的XRD分析结果: γ-FeOOH, α-FeOOH、铁₃O₄,菲₂O₃。同时,锈层还含有微量的年代,Cl, N个元素。S元素可能来自₂硫酸或沉积在大气环境中,N个元素可能来自没有或没有₂污染和氯元素可能来自氯离子污染大气环境。

腐蚀产物的红外光谱谱Q235碳钢样品暴露在不同时期在成都站在图所示 5。的红外光谱图 5可以看到,它的特征峰1144厘米¹,1021厘米¹,745厘米¹对应的吸收特征 γ-FeOOH,说明一种腐蚀产物 γ-FeOOH。有一个强大的吸收峰附近的吸收带1630厘米¹,因为它是弯曲振动特性的峰值-哦,表明有大量的晶体水腐蚀产品。此外,它可以看到的特征吸收峰 α-FeOOH在798厘米¹逐渐反映出随着曝光时间的增加,表明曝光时间晚的180天,365天, γ-FeOOH开始转换 α逐渐-FeOOH。

不同羟基铁的氧化物的电化学稳定性 α-FeOOH是最好的,而其他腐蚀等产品 β-FeOOH, γ-FeOOH, δ-FeOOH,无定形的阶段都有电化学活性,容易降低。因此,它有明确的锈层发生后的保护作用 α-FeOOH锈层。当Q235碳钢样品暴露在high-humid大气环境的成都365天,足够的 γ-FeOOH形成。然而,没有大量的腐蚀产物 α-FeOOH锈层中发现因为腐蚀时间不够长。结果表明,尽管Q235碳钢试样表面形成致密锈层,锈层仍显示电化学不稳定的存在。综合分析的x射线衍射和红外光谱的结果表明腐蚀产物Q235碳钢材料暴露在成都大气环境主要包含了365天 γ-FeOOH、铁(哦)₃、铁₃O₄和少量的 α-FeOOH;同时,大量的水结晶存在于腐蚀产品。此外,随着曝光时间的发展, γ-FeOOH开始转换 α-FeOOH,所以电化学稳定锈层的倾向于增加。