研究文章|开放获取
胡安·a . Jaen Josefina·伊格莱西亚斯,Cecilio埃尔南德斯, ”分析短期钢腐蚀产物在巴拿马的热带海洋环境形成的”,国际期刊的腐蚀, 卷。2012年, 文章的ID162729年, 11 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/162729
分析短期钢腐蚀产物在巴拿马的热带海洋环境形成的
文摘
低碳钢铁36和两个传统的风化钢- 588和- 420暴露在四个大气测试站位于Tocumen(我),一个城市站点附近的太平洋,(ii) Sherman-Open, (iii) Sherman-Coastal, (iv) Sherman-Breakwater在巴拿马的加勒比海岸。短期大气腐蚀过程和动力学与曝光时间之间的关系和环境特点,每个站点。大气暴露条件下,特别是潮湿的时候,氯的沉积,金属表面上的污染物的洗涤效果的雨是最重要的在确定重要性的腐蚀行为和构成生锈。腐蚀产物主要是确定使用室温和低温(80 K)的穆斯堡尔谱、红外光谱、x射线粉末衍射。在所有的样品,γ-FeOOH和α-FeOOH是主要成分。磁赤铁矿(γ菲2O3)、磁铁矿(Fe3O4),四方纤铁矿(β-FeOOH)也被确定。
1。介绍
腐蚀产物的研究形成钢是至关重要的,因为它显示的有价值的信息对腐蚀机制的理解。不同类型的钢腐蚀速率由环境决定。腐蚀性的海洋热带地区通常被看作极端高温,time-of-wetness,大气污染物(即高。、氯化物等2),和其他因素如降雨和大风。
有几个最近的报告(1- - - - - -10)形成的腐蚀产物温和和风化钢在不同的海洋区域。在巴拿马,有一些系统的研究钢的大气腐蚀。索恩韦尔的研究等。11,12),的合作努力开始地图的大气腐蚀性(MICAT) [13),项目防腐保护大气中的金属(神态)[14是值得注意的。我们也研究了腐蚀产物的相组成和其他特征的钢铁暴露在巴拿马的热带气候15- - - - - -18]。本文更新腐蚀结果报告碳和耐候钢优惠券,在巴拿马短期暴露在不同的位置。也尝试与腐蚀数据和气象和污染参数。腐蚀产物通过穆斯堡尔谱学特征。粉末x射线衍射和红外光谱作为互补的技术。穆斯堡尔谱学是特别适合研究钢腐蚀由于其能力的识别和量化生锈的经常发现非晶或非结晶的阶段(19- - - - - -22]。
2。材料和方法
低碳钢(36)和风化钢(420 - 588和CSN软木)用于本研究描述了其他地方(18]。他们的化学成分表1。优惠券的被用于大气暴露。爆破后,清洁,和与丙酮脱脂,他们暴露了,惰性架,长时间。巴拿马是一个热带国家,非常潮湿和温暖,常年平均气温为27°C。巴拿马有效经历两个季节:也就是说,雨季和旱季。在旱季(从12月中旬到4月底)有很少或没有降水;但是在雨季(从5月到12月开始)有过频繁和沉重的降雨。
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四个测试站点被用于大气暴露。Tocumen城市考点之一(T) (9°4′2′′N 79°24′16′′W),巴拿马城,太平洋海岸,和其他三个测试站点的热带海洋环境谢尔曼堡加勒比海岸,Sherman-Open堡(所以)(9 43°21′′′N 79°57 16′′′W),沿海(SC) (9°22′19′′N 79°57′2′′W),和防波堤网站(某人)(9 25°22′′′N 79°56′′′W)。防波堤站点是一个浪溅区,因此有大量的空气传播的盐颗粒。利用现有设施,样本暴露在45°水平Tocumen网站和在30°谢尔曼网站,在其他作品(已经完成13,18]。维拉et al。23]证明了接触角有影响腐蚀速率和生锈的形态,但对铁锈成分没有影响。表中给出了接触的项目2。暴露钢36和a - 588开始在干燥的季节,而暴露的钢和420开始在雨季。这个计划是使用,因为延误材料实验室的到来。腐蚀结果三年前和锈表征样本带来一年的测试。
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每个站点的气氛从气象和大气污染特征的数据(24]。年平均环境参数和ISO分类如表所示3。曝光后,腐蚀速率(腐蚀渗透根据标准方法)计算重量损失(25]。
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使用铜的腐蚀产物的特点是XDR ()辐射力量D8衍射仪,配备探测器角Vantek 2000在墨西哥大学材料研究所(自治)。红外光谱被记录的那些时光阿凡达360使用Nicolet FTIR光谱仪。光谱的分辨率是4厘米−1。穆斯堡尔谱(MS)记录使用传统的光谱仪的恒定加速度57有限公司(Rh)的名义活动10 mCi(370兆贝可)。一个闭循环低温恒温器850詹尼斯(CCS)是用于低温测量。校准用标准α铁箔在室温下吸收器。反冲的穆斯堡尔数据评估软件(渥太华大学、加拿大)使用沃伊特基本拟合。
3所示。结果与讨论
一般来说,接触三个月后,大多数样品表面完全覆盖了brownish-orange生锈。风化钢比低碳钢略深。大多数标本的Tocumen、Sherman-Open和Sherman-Coastal网站有一个很好的外观生锈两边(面临的向着天空和面临的侧楼),但后来显示违规行为,和非均匀分布的铁锈,除了跟踪路线的腐蚀液体。
样品暴露在大气Sherman-Breakwater网站有更厚的腐蚀产物层的黑巧克力颜色,完全覆盖钢衬底。事实上,钢铁是完全由边缘和腐蚀中的相对容易。部分很容易分离,露出非常黑暗和附着铁锈在中央标本的一部分,我们计价内部生锈。
3.1。腐蚀性的暴露站
我们可以看到在图1,锈层Tocumen和Sherman-Open电台抛物线增长趋势,但对于防波堤站,一个线性增长行为。沿海站,情况更复杂的线性行为观察钢36 420年心脏,而钢- 588显示抛物行为。有时很难区分抛物线与短时曝光和线性行为。
(一)
(b)
(c)
(d)
腐蚀率(μ我−1)获得不同暴露站测试两年前在表4。可以确定,腐蚀率Tocumen温和,Sherman-Open, Sherman-Coastal站。所以2沉积不是侵略性的一个重要参数测试网站,因此腐蚀可以与氯化物的沉积速率。Cl的数量−沉积Tocumen之间发生了微妙的变化,Sherman-Open Sherman-Coastal站,倾向于减少以及减少在距离海岸,如预期。在钢36 - 588,有一种趋势显示腐蚀速率增加从Tocumen网站,Sherman-Open和Sherman-Coastal网站。氯化谢尔曼网站也有类似水平的沉积率(mgCl很少−米−2d−1)。对于Sherman-Breakwater,氯化物的发病率是实质性的,增加的值对所有钢腐蚀速率和腐蚀。有趣的是,在旱季有较高的沉积速率的氯化物。一些作者报道(26- - - - - -28),沉积的氯化物取决于几个因素,包括风向、风速、降水、和距离岸边。沉积率海洋氯化物的网站通常在15至1500毫克米−2 d−1(26]。我们的结果从防波堤站比平常要高得多,这是符合其他地方在加勒比海(26,27]。
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尽管它并不完全清楚,因为减肥的离群值测量,似乎有一个过渡的行为,特别是对钢和420;所以有不同的腐蚀速率趋势之前和之后的过渡时间(ca, 6至9个月)。前过渡腐蚀速率较高,后来有一个减速的腐蚀。这些类型的大气腐蚀动力学的变化已经报道了海洋环境与高氯含量和高湿度(30.]。观察到的腐蚀速率对耐候钢软木420测试网站除了Sherman-Breakwater相对高曝光的初始阶段,随着时间的推移趋于平缓。
接触钢和420年开始的雨季,而对于钢36和a - 588曝光开始在旱季。推断,按照初接触的条件,确定动力学和腐蚀产物的性质。图2表明,湿润的时候在谢尔曼站大Tocumen站。大期间钢铁金属表面被液体覆盖电影导致腐蚀速率增加。另一方面,污染物在雨季的冲刷腐蚀速率降低的原因和420钢Sherman-Breakwater站。污染物结合降雨和润湿时间的沉积是腐蚀速率的关键。历史数据平均年降雨量在谢尔曼区域,如图3,支持了这一结论。
金属的腐蚀速率在一个给定的环境中,一般遵循Passano指数方程(31日),代表了腐蚀量表示为渗透腐蚀(μ米)或减肥,在年,和代表经验常数。的值不变密切相关的进展随后几年的腐蚀,而且可能有三种情况。(一)如果,这个过程发生在恒定速率有直接暴露时间和渗透率之间的关系。(b)如果意味着腐蚀速率下降。(c)如果意味着一个加速度的腐蚀速率。
的价值在0.5和1.0之间表明腐蚀产物不充分保护。值小于0.5时获得腐蚀产物迅速达到一个抛物线增长、发展障碍的通过激进的代理,并大大降低腐蚀速率。
碳钢36,耐候钢- 588,和420年的双对数关系在所有网站曝光,这项研究的结果发表在表5。有趣的是,拦截的值Tocumen和Sherman-Open电台之间的非常相似,几乎没有显著差异,如果测量的标准误差。的值,确定边坡的双对数关系,表明碳钢锈的不是保护。此外,风化钢生产更多保护生锈;和420钢钢使添加保护。因此,系统地降低腐蚀速率中观察到这些钢两年后,当它开始显示耐候钢的保护特性。的腐蚀率最高记录Sherman-Breakwater站与空运的氯的最高范畴。““值大于0.5观察在这个网站曝光揭示加速扩散过程的结果锈超然的侵蚀、剥落、开裂,等等。
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3.2。腐蚀产物的表征
生锈的红外分析样品在不同的测试网站。图4显示了典型的腐蚀产物的红外光谱光谱碳和风化钢接触了三个月,九个月,一年。乐队在1022厘米的特征−1和746厘米−1典型的纤铁矿(γ-FeOOH)和在885厘米−1和795厘米−1典型的针铁矿(α-FeOOH)观察到的锈层上形成钢Tocumen暴露,Sherman-Open, Sherman-Coastal站。这是常见的阶段中发现钢铁腐蚀产物。除了这些乐队,有一个乐队在1120厘米−1门多萨和Corvo [27]建议的形成可能是由于铁和之间的复杂2,但不排除这样一种可能性,即带符合feroxyhyte吸收(-FeOOH)和/或纤铁矿(γ-FeOOH)。考虑到低水平的2我们发现,它似乎更有可能,这带对应于一个铁氢氧化物。在某些情况下强度高于预期[32)是观察,表明非晶feroxyhyte的贡献(-FeOOH)报告了一个广泛和强烈Fe-OH弯曲在1110厘米−1。乐队在1635厘米−1对应的弯曲振动模式H2O,推断这些生锈产品含有水分子吸附。红外光谱得到的软木420生锈,除了带纤铁矿和针铁矿,表明肩带位于558厘米−1,这是由于磁赤铁矿。
36的光谱,a - 588,和420钢暴露在Sherman-Breakwater网站,还显示典型的乐队纤铁矿和针铁矿。纤铁矿出现低强度的红外光谱谱36 - 588钢,但重要的样本和420钢的强度。420样品和乐队不仅非常强烈,但也很锋利,因此这个阶段应该是结晶良好的生锈。此外,所有样品清楚地表明一个乐队在578厘米−1(参见图4 (d))大约对应于磁铁矿(Fe3O4)。针铁矿的相对数量和磁铁矿似乎随着暴露时间增加为代价的纤铁矿阶段。
在产品形成的内部部件的板暴露在Sherman-Breakwater(即。,rust removed from the flaked parts corresponding to the interior of the panels) of steels A-36 and A-588, akaganeite (β-FeOOH)可以确定的强大和广泛的乐队约830厘米−1和667厘米−1(见例如图4 (e))。420钢和吸收在884厘米−1和799厘米−1,对应于针铁矿(α-FeOOH),加上强烈的乐队577厘米−1典型的磁铁矿(Fe3O4),可以清楚地观察到,如图4所示(f)。
四方纤铁矿的形成也观察到内部的铁锈的剥落部分36 - 588钢。奇怪的是,四方纤铁矿不明确发现420钢和红外光谱,而是观察磁铁矿。我们认为这是由于雨洗的氯化污染物暴露在雨季。考虑的主要阶段的内部部件和420钢标本被针铁矿和磁铁矿组成的,因此,这些样品的洗涤的早期阶段暴露限制的可能性达到临界水平所需的氯化物四方纤铁矿的形成,为提出的桑塔纳罗德里格斯et al。33]。减少的磁铁矿形成条件普遍在精疲力竭的钢铁、氧气扩散是有限的。磁铁矿和四方纤铁矿的形成可能是最青睐的Cl−通过FeOOH纤铁矿和铁物种的变换。
为了建立是否有不同的腐蚀产物之间面临的向上和向下,我们也使用红外傅立叶变换红外光谱进行了比较分析。没有明显差异在生锈的化合物的性质,但也有相对量的差异在某些情况下阶段。在以前的工作34),研究了碳钢的腐蚀产物36暴露于热带海洋环境的天气堡谢尔曼加勒比海岸的巴拿马,和比较在城市获得的结果与这些网站在巴拿马城,借助x射线衍射,得出的结论是,基本上有差异的特征粒径之间面临面临的向上和向下。没有腐蚀产物的性质的差异双方报道使用碳钢36在巴拿马城的车站。
x射线粉末衍射模式对所有样本的识别记录确认阶段由于腐蚀。x射线衍射模式与以往的红外光谱分析证实,尽管衍射峰的相对强度检测从优惠券优惠券。然而,纤铁矿的优势或针铁矿仅基于x射线衍射结果是很难确定的,因为XRD只允许晶体成分的分析。某些阶段像磁铁(Fe3O4)或磁赤铁矿(γ菲2O3)无法区分由x射线衍射测量由于其类似的晶体结构。这种氧化总是发现在相当大的比例从420年风化钢软木生锈,特别是Sherman-Breakwater样本。四方纤铁矿的存在,如预期为盐水环境与大量的氯化物,几个样本中,检测出的强度11.8°和55.7°的角度。讨论这些结果的影响,提出了之前(18),将扩展后利用穆斯堡尔的结果。代表x射线衍射模式如图5。特征峰与针铁矿(G),纤铁矿(L)、磁赤铁矿(Mh)和四方纤铁矿(一)所示。
穆斯堡尔分析腐蚀产物的相组成的低碳钢(36)和两个风化钢(420 - 588年和软木)不到接触后形成的热带海洋大气巴拿马报道其他地方(18]。结果表明,无定形和结晶铁氢氧化物针铁矿α-FeOOH和纤铁矿γ-FeOOH早期腐蚀产品。磁赤铁矿γ菲2O3和磁铁矿菲3O4也发现在最激进的条件。四方纤铁矿的形成β-FeOOH观察当氯化物被阻挡在生锈。
数据6和7天空的穆斯堡尔谱碳钢腐蚀产物和风化钢优惠券后1年的接触Tocumen和Sherman-Breakwater网站。表6总结了穆斯堡尔结果相对丰度从80 K光谱基本上确定;但在的情况下α-FeOOH,室温和80 K温度依赖的数据被使用,因为这个阶段的穆斯堡尔谱剖面。α-FeOOH > 15纳米磁性粒子在298 K,而超顺磁的α-FeOOH < 15海里在室温下显示一个偶极子和磁曲棍球队在80 K (22]。穆斯堡尔谱的超顺磁的α-FeOOH < 8纳米粒子仍然是一个偶极子在80 K (34,35]。
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| *腐蚀产品内层的精疲力竭的简单。 1α-FeOOH (m):磁针铁矿(>15海里)表现出磁性曲棍球队在298 K。 2α-FeOOH (s):超顺磁的针铁矿(< 15海里)展示超顺磁的紧身上衣在298 K和磁曲棍球队在80 K。 |
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(一)
(b)
(一)
(b)
拟合参数表明,大多数样本包含的腐蚀产物γ-FeOOH、磁α-FeOOH,超顺磁的α-FeOOH,几也γ菲2O3。拟合的磁α-FeOOH在298 K显示崩溃磁剖面由于广泛分布的平均超精细磁场从25.0 - -32.2 T,可怜的结晶度的这个阶段,特别是在Tocumen样本,Sherman-Open, Sherman-Coastal。值得注意的是,在一个给定的曝光时间,超顺磁的的相对浓度α-FeOOH大多是大型碳钢36和风化- 588相比,耐候钢和420。锈形成Sherman-Coastal站还包含磁性γ菲2O3阶段,也观察到类似的先前的研究[15- - - - - -17]。一方面,超顺磁的α-FeOOH已被证明是重要的保护层的形成风化钢(4,22];另一方面,哦et al。35有磁性的形成有关γ菲2O3和大的颗粒α-FeOOH不同钢的腐蚀速率的增加。因此,对钢铁的腐蚀速率较低36 - 588暴露于轻度腐蚀条件Tocumen和Sherman-Open网站,与那些暴露在Sherman-Coastal相比,这是归因于超顺磁的α-FeOOH。它是可能的γ菲2O3增强了腐蚀速率形成nonprotective铜绿。大颗粒的存在γ菲2O3在所有钢和420优惠券可以引起的高湿度曝光存在在雨季。众所周知,一段wet-dry周期,长湿和shor-dry时期,形成大的分数γ菲2O3(22]。其他因素如钢的成分和形态应该检查。
无视钢种、穆斯鲍尔结果表明,磁性γ菲2O3总是在大量形成Sherman-Breakwater网站。这表明受氯化物污染的严酷环境条件促进的形成γ菲2O3。腐蚀速率上的洗涤效果是注意到在雨季,影响腐蚀产物的成分由于自然消除氯氧化层的污染。这或许可以解释为什么有一个相对较低的γ菲2O3420年和腐蚀产物Sherman-Breakwater钢铁暴露的网站,和较低的腐蚀速率的观察36 - 588钢。
生产大量的磁铁矿和四方纤铁矿内层钢剥落腐蚀产物。这是由于高氯污染积累的内在部分优惠券,盐是闭塞的地方。正如我们已经指出的,β-FeOOH腐蚀产品是典型的沿海地区,由于海洋气溶胶高浓度的氯。据推测,β-FeOOH形成而不是针铁矿和它的存在可能与铁3O4生锈,导致腐蚀率高。
样品之间的成分的差异可能与接触的条件开始盛行,给不同的腐蚀率,影响腐蚀产物的性质,和钢的成分。目前的结果表明,在氯化严重污染,比如在谢尔曼-防波堤网站,腐蚀控制主要由污染物和湿润,不腐蚀的产品。
保护能力与腐蚀相关产品,合金元素,接触环境和污染物。在初始阶段的大气腐蚀形成的γ-FeOOH是主要的,但它进一步转化成针铁矿,一致后观察长期暴露(35,36]。实际上,可能有其他腐蚀产物的形成有利的条件,如磁赤铁矿,正如前面指出。一年之后,在潮湿的条件下大气的巴拿马,锈层结构仍然是宽松的,没有提供保护。腐蚀速率数据表明,经过三年的接触,密集的防腐蚀铜绿的铁锈颗粒的风化钢几乎开始形成。因此,提出保护性锈层的能力指数(PAI) (37),的分类nonprotective锈层的腐蚀速率38]可以小心使用这些标准定义的长期风险。此外,库克的(22),磁针铁矿,大粒子针铁矿> 15 nm展示磁六重奏在穆斯堡尔谱的298 K,这是x射线衍射模式组件,该组件可以被识别。当我们获得组件的分数通过穆斯堡尔,生锈的保护涂层,两个以上的建议值应该使用耐候钢的比率(/),和是水晶的质量比α-FeOOH,总γ-FeOOH,β分别-FeOOH和spinel-type氧化铁。这个比例在天空样本在所有样本小于2,但比(β-FeOOH + spinel-type氧化铁)/ (β-FeOOH +γ-FeOOH + spinel-type氧化铁)小于0.5的样品暴露于轻度腐蚀条件Tocumen, Sherman-Open,和Sherman-Coastal网站,而在Sherman-Breakwater超过0.5。因此,一年后获得的铁锈暴露在温和的条件下应该nonprotective但不活跃状态,而从Sherman-Breakwater生锈是活跃,显示高腐蚀率。
4所示。结论
(我)碳钢的大气腐蚀行为样本36风化钢- 588,和420年暴露在潮湿的热带气候在不同网站在巴拿马进行根据著名的双对数法对减肥。这个过程可能与高氯含量和高相对湿度。钢的腐蚀各种网站的差异与小,在温和条件的变化从30 - 42从0.5到1.0(使用腐蚀深度毫米,年时间)。Sherman-Breakwater站的差异大,与氯化物高度污染的网站,从396年至726年,价值观不同值从0.7到1.4。耐候钢的腐蚀速率观察软木420是高接触的初始阶段(雨季)随着时间的推移趋于平缓。有一个过渡行为耐候钢Sherman-Breakwater网站的心脏- 420,前后不同的腐蚀速率6到9个月。(2)成分之间有很强的相关性的铁锈形成依赖大气暴露条件下,特别是潮湿的时候,氯的沉积,金属表面污染物的洗涤效果。占主导地位的阶段短期暴露后非晶态或晶态的氢氧化物,如纤铁矿(γ-FeOOH)和针铁矿(α-FeOOH)。磁赤铁矿(γ菲2O3)和磁铁矿(Fe3O4)也被发现。四方纤铁矿(β-FeOOH)被认定为知名组件在最积极的条件下,氯含量高,阻挡在生锈。(3)nonprotective一年暴露之后,获得的铁锈Tocumen不活跃在温和条件下,Sherman-Open,和Sherman-Coastal网站,但活跃在铁锈从Sherman-Breakwater站点。
承认
作者感谢Secretaria Nacional de Ciencia Tecnologia e Innovacion(巴拿马),对金融帮助通过项目fid06 - 227, SENACYT, 2006年。
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