有机涂层下船用钢电偶腐蚀规律研究

论文摘要

大型海洋工程（如海上石油钻井平台、跨海大桥、船舶等）的机械结构系统中通常会采用不同的材料,这些材料在海水或潮湿的海洋大气中会引起不同程度的电偶腐蚀。金属材料在实际应用中常采用防腐涂层进行保护,但现有金属材料的室内和实海暴露试验多采用裸样,与实际工况环境相差甚远,不能完全反映实际环境下的腐蚀规律。有机涂层的防护性能在实际体系的电偶腐蚀过程中起着重要的作用。涂层物理屏蔽能力降低,界面腐蚀电化学反应以及涂层的剥离都影响着涂层下偶对体系的电偶腐蚀进程。本论文的主要研究工作包括:应用电化学阻抗谱技术,结合线性极化技术,电偶电位和电偶电流测量,对比研究了涂层/钢-裸钢体系的电偶腐蚀过程。根据阻抗谱响应建立与涂层失效各个阶段相对应的等效电路模型,分析浸泡过程中涂层失效与电偶腐蚀电化学参数的相关性。研究发现,当涂层的物理屏蔽能力很强即涂层渗水阶段,体系的电偶电流密度几乎为零,裸钢处于自腐蚀状态;当基底金属腐蚀反应发生后,体系的电偶电流密度迅速增大,裸钢腐蚀速率增大;裸钢对涂层体系起保护作用时,涂层阻抗在试验周期内不再下降,体系的电偶电流密度趋于稳定。结合阻抗谱技术和阵列电极技术,分别研究裸钢和涂层下阵列电极的偶合电流、电位和阻抗分布特征及其与涂层失效过程的相关性。研究表明由于钢丝的空间位置不同,在电偶腐蚀中存着阴阳极分布的不均匀性。对于裸钢体系,由于阴阳极极化作用,使得电偶腐蚀驱动力减小,偶合电流密度逐渐减小,并且随着浸泡的进行,阳极区会发生转移。对于涂层体系,阳极电流出现在涂层的缺陷处,阴极电流被整个涂层平分。随着腐蚀过程的发展,自腐蚀电位较负的一侧出现阳极电流,虽然早期缺陷区仍表现为阳极区,但电流密度已经减小,阴极电流逐渐向缺陷处附近涂层扩展,这说明在浸泡后期,自腐蚀电位较负的一侧会对较正的一侧产生保护作用。阻抗谱测试结果表明,涂层下阵列电极阻抗响应主要反映了缺陷区电极过程特征,直至涂层完好区也出现剥离和鼓泡的失效现象。而阴极区涂层性能和涂层下金属腐蚀反应信息被“掩盖”。但是通过检测电极表面的电流密度分布,能够监测涂层和涂层下的局部电化学过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 电偶腐蚀概述
• 1.1.1 电偶腐蚀原理
• 1.1.2 电偶腐蚀发生判据
• 1.1.3 电偶腐蚀研究现状
• 1.1.4 电偶腐蚀研究方法
• 1.2 课题研究意义及研究内容
• 2 试验材料与装置
• 2.1 试样制备
• 2.1.1 片状试样制备
• 2.1.2 阵列电极制备
• 2.1.3 涂层试样制备
• 2.2 化学试剂
• 2.3 试验装置和测试仪器
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 试验方法和测试仪器
• 3 涂层/B-裸钢体系的电偶腐蚀行为研究
• 3.1 涂层/B-A 体系的电偶腐蚀行为研究
• 3.1.1 涂层失效过程的EIS 演化及等效电路选择
• 3.1.2 自腐蚀涂层失效过程EIS 演化
• 3.1.3 涂层体系的电容变化
• 3.1.4 偶对阴阳极的腐蚀电位随时间变化
• 3.1.5 电偶电位和电偶电流随时间变化规律
• 3.1.6 偶对阳极的线性极化曲线
• 3.2 涂层/B-C 偶对的电偶腐蚀行为研究
• 3.2.1 涂层失效过程EIS 演化和等效电路选择
• 3.2.2 涂层体系的电容变化
• 3.2.3 偶对阴阳极的腐蚀电位随时间变化
• 3.2.4 电偶电位和电偶电流随时间变化规律
• 3.2.5 偶对阳极的线性极化曲线
• 3.3 本章小结
• 4 B 钢与不同的涂层/钢体系电偶腐蚀规律研究
• 4.1 B-涂层/A 偶对的电偶腐蚀行为研究
• 4.1.1 偶对涂层的EIS 演化及等效电路选择
• 4.1.2 自腐蚀涂层失效过程EIS 演化
• 4.1.3 涂层体系的电容变化
• 4.1.4 偶对阴阳极的腐蚀电位随时间变化
• 4.1.5 电偶电位和电偶电流随时间变化
• 4.1.6 偶对阳极的线性极化曲线
• 4.2 B-涂层/C 偶对的电偶腐蚀行为研究
• 4.2.1 涂层失效过程EIS 演化和等效电路选择
• 4.2.2 自腐蚀涂层失效过程EIS 演化
• 4.2.3 涂层体系电容变化
• 4.2.4 偶对阴阳极的腐蚀电位随时间变化
• 4.2.5 电偶电位和电偶电流随时间变化规律
• 4.2.6 偶对阳极的线性极化曲线
• 4.3 本章小结
• 5 涂层下电偶腐蚀的微区电化学行为研究
• 5.1 裸钢阵列电极的微区电化学参数分布
• 5.1.1 开路电位空间分布
• 5.1.2 阵列电极电位和偶合电流的空间分布
• 5.2 涂层下阵列电极表面电流密度分布
• 5.3 涂层下阵列电极的EIS 研究
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文创新点
• 6.3 后续工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表学术论文