隨著時(shí)代的發(fā)展，人口劇增、資源短缺和環(huán)境惡化三大問題也越來越嚴(yán)重。近年來，為了緩解這三大問題，世界各國逐漸把注意力轉(zhuǎn)移到空間廣闊和資源豐富的海洋，并且展開了激烈的資源爭奪戰(zhàn)。探索、開發(fā)利用海洋已成為*的共識(shí)。海水環(huán)境比較十分嚴(yán)酷，材料在海水中不可避免地發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，其中刷腐蝕zui為嚴(yán)重，尤其在含砂的情況下腐蝕更為嚴(yán)重。為了適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，海水系統(tǒng)材料逐漸由早期耐蝕性較差的碳鋼和鑄鐵換成了耐蝕性良好的銅鎳合金。本論文以B10合金為研究對象，采用自制的噴射式刷裝置模擬海水環(huán)境。運(yùn)用電化學(xué)阻抗技術(shù)、動(dòng)電位極化曲線測試和電化學(xué)噪聲等測試技術(shù)研究B10合金在潔凈海水中及含砂條件下的刷腐蝕行為、長期浸泡成膜過程和成膜之后刷腐蝕過程的腐蝕行為；并結(jié)合腐蝕形貌觀察和成分分析，討論流速、擊角度及含砂量對B10合金刷腐蝕的影響規(guī)律。結(jié)果表明：(1)在浸泡初期(0-2d)，海水中的氧促進(jìn)了材料表面的腐蝕產(chǎn)物膜的形成，但形成緩慢，參加陰極反應(yīng)的氧存在擴(kuò)散梯度，腐蝕反應(yīng)受擴(kuò)散控制，在阻抗譜中低頻區(qū)出現(xiàn)擴(kuò)散尾；在浸泡中期(2d-20d)，材料表面逐漸形成穩(wěn)定致密的腐蝕產(chǎn)物膜層；到浸泡后期(20d-90d)，材料表面逐漸形成內(nèi)外兩層膜層。在長期浸泡過程中，發(fā)生了局部腐蝕，材料表面形成了腐蝕坑，并隨著浸泡時(shí)間的延長，腐蝕坑逐漸增大。(2)在流動(dòng)海水中，由于海水的流動(dòng)性，提高了氧擴(kuò)散系數(shù)及電荷轉(zhuǎn)移速度，從而促進(jìn)了陰、陽極反應(yīng)，使腐蝕速度加快。海水的流動(dòng)性促進(jìn)了陽極反應(yīng)，使材料表面腐蝕產(chǎn)物膜形成與溶解速度加快，表面形成相對穩(wěn)定致密的膜層；但由于流動(dòng)海水還對材料表面進(jìn)行刷作用，使外層疏松的腐蝕產(chǎn)物膜生成后隨即被刷掉。因此，B10合金在刷過程中大多情況只表現(xiàn)為單層膜。隨著流速的提高、含砂量的提高，阻抗模值降低；在潔凈海水中刷腐蝕過程，阻抗模值在90°時(shí)較大，在0°時(shí)較?。辉诤皸l件下刷腐蝕過程，阻抗模值在0°及90°時(shí)均較小。在潔凈海水中刷腐蝕過程，膜層電阻在90°時(shí)較大，在0°時(shí)較??；在含砂條件下刷腐蝕過程，膜層電阻在0°及90°時(shí)均較?。浑姾赊D(zhuǎn)移電阻隨著擊角度的變化趨勢與膜層電阻的變化趨勢相反。(3)在潔凈海水中刷腐蝕后，材料表面還能發(fā)現(xiàn)明顯地打磨時(shí)的劃痕。在含砂海水中刷腐蝕后，材料表面產(chǎn)生了擊坑，而且隨著擊角度的增大，擊坑的形狀逐漸由馬蹄狀轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)狀。(4)B10合金在不同條件下形成的腐蝕產(chǎn)物膜成分主要由氧化物構(gòu)成。在浸泡條件下的腐蝕產(chǎn)物膜中還發(fā)現(xiàn)NaCl的存在。
采用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)及SEM和EDS分析技術(shù),研究了B10合金分別在無菌和接種了遠(yuǎn)青弧菌、硫酸鹽還原菌(SRB)以及二者混合菌種的海水中的腐蝕行為.結(jié)果表明,不同海洋微生物條件下B10合金的腐蝕行為及機(jī)制有所不同.遠(yuǎn)青弧菌通過阻滯氧去極化陰極過程在一定程度上抑制B10合金腐蝕;SRB則通過氫去極化使陽極溶解加速,而生成的粗大顆粒狀腐蝕產(chǎn)物Cu2S對基體的保護(hù)性不佳,促進(jìn)了B10合金的腐蝕;而在混合菌種條件下,B10合金腐蝕的陰極過程與僅接種SRB時(shí)相似,但陽極溶解形成的腐蝕產(chǎn)物比后者細(xì)小且致密均勻,使其陽極極化顯著增大,阻滯了試樣的進(jìn)一步腐蝕,其腐蝕電流密度介于2種單一菌種之間.因此在工程實(shí)踐中,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室單一菌種條件下材料的腐蝕行為來估計(jì)和預(yù)測在實(shí)際微生物環(huán)境中材料的腐蝕行為時(shí)宜慎重。
對銅鎳合金B(yǎng)Fe30-1-1在NaC l溶液中的腐蝕行為進(jìn)行了研究。測其在不同pH值的0.5mol/L NaC l溶液中的陽極極化曲線,并選擇在一定電化學(xué)條件下進(jìn)行恒電位腐蝕。通過對腐蝕后溶液中的Cu2+和N i2+含量的分析和對試樣斷面的微區(qū)成分分析,從而了解不同條件下的銅鎳合金的選擇性腐蝕規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:銅鎳合金B(yǎng)Fe30-1-1的選擇性腐蝕類型取決于腐蝕介質(zhì)的酸堿度及腐蝕電位等電化學(xué)條件。
B30銅鎳合金在海水環(huán)境中的腐蝕行為及相關(guān)電化學(xué)性能進(jìn)行研究,探討海水流速、異種金屬接觸、全浸時(shí)間、溫度、pH值、鹽度各因素對該材料的腐蝕性能和電化學(xué)性能的影響,綜合評(píng)價(jià)B30材料的環(huán)境適應(yīng)性能。通過海水全浸腐蝕試驗(yàn),結(jié)合掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)等微觀分析手段研究了B30銅鎳合金的腐蝕速率、腐蝕類型以及微觀腐蝕形貌。并采用原子力顯微鏡(AFM)、EDS等方法考察其表的形成及生長規(guī)律,探討表的存在對材料耐蝕性的影響。借助旋轉(zhuǎn)圓筒刷腐蝕實(shí)驗(yàn)機(jī)、流動(dòng)海水試驗(yàn)臺(tái)架等裝置,研究不同流速條件下B30銅鎳合金的刷腐蝕速率以及微觀腐蝕形貌。結(jié)果表明:B30材料在流速低于5m/s海水中具有較高的耐刷腐蝕性能。通過靜態(tài)海水和流動(dòng)海水中的電偶腐蝕試驗(yàn),研究異種金屬類型、海水流速、陰/陽極面積比等因素變化對B30銅鎳合金電偶腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:B30材料與316L不銹鋼和TA2鈦合金偶接時(shí)腐蝕加劇,而與紫銅、黃銅、B10銅鎳合金等材料偶接時(shí)可得到有效保護(hù)。采用電化學(xué)阻抗譜、循環(huán)陽極極化曲線等測試方法,研究浸泡時(shí)間、Cl-濃度、pH值、溫度等環(huán)境因素對B30銅鎳合金腐蝕行為和電化學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:B30材料的平均腐蝕速率隨著浸泡時(shí)間延長而降低,點(diǎn)蝕現(xiàn)象隨著Cl-濃度增大而加重,耐蝕性能隨著溫度升高和pH值降低而有所下降。
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