海洋大气环境中腐蚀产物的光电化学性质对钢材腐蚀的影响机制

The corrosion products on the metal surface mainly possess semiconductor properties and could generate photovoltaic effect under light with a appropriate wavelength, following with the photogenerated electrons and photogenerated holes. The photogenerated electrons possess reducing capacity and the photogenerated holes possess oxidizing capacity, and they can directly participate into the corrosion reactions and thus affect the corrosion process. However, the studies of the effect of light illumination on the atmospheric corrosion are usually ignored and the current research literature in this field is comparatively rare. In this work, a corrosion product film doped with alloy element Mn, Cu formed on the surface of metal, the change of the physical, chemical, and photoelectric properties of corrosion product film on the metal surface by the alloy element Mn, Cu was studied. The corrosion products on the metal surface with semiconductor characteristic effecting the atmospheric corrosion process of metal was as the breakthrough point, combining with a number of in-situ testing methods, through quantitatively analyzing and discussing the influence of the corrosion product film doped alloy elements on the corrosion behavior of the substrate metal under the light illumination . Based on these, we could establish the corrosion mechanism model of marine atmospheric photoelectrochemisty, provide scientific proof for the atmospheric corrosion resistance of alloy elements in the weathering steel and theoretical support for the new technology in corrosion control.

铁基金属表面生成的腐蚀产物往往具有半导体性质，能够在一定波长的光照辐射下产生光生电子与光生空穴，这些光生电子与空穴进一步会参与并影响到金属的大气腐蚀行为。目前，具有半导体性质的腐蚀产物膜对金属大气腐蚀行为影响的研究还缺乏深入的认识和相应的机理模型。本项目拟在金属表面形成一层掺杂有合金元素Mn、Cu的腐蚀产物膜，以光照辐射对半导体性质腐蚀产物膜的作用为切入点，通过评价合金元素Mn、Cu对腐蚀产物膜物理、化学及光电化学等性质的影响，结合多项原位测试手段，定量分析并探讨光照条件下掺杂合金元素的腐蚀产物膜对基体金属腐蚀行为的影响；同时建立海洋大气光电化学腐蚀机理的模型，为耐候钢体系中合金元素的抗大气腐蚀机理提供科学依据，并为腐蚀控制新工艺提供理论支持。

铁基金属表面生成的腐蚀产物往往具有半导体性质，能够在一定波长的光照辐射下产生光生电子与光生空穴，这些光生电子与空穴进一步会参与并影响到金属的大气腐蚀行为。本项目分别探讨了不同腐蚀性离子在光照与暗黑条件下对金属腐蚀的影响机理，研究了掺杂合金元素Mn、Cu、Mn+Cu腐蚀产物在光照条件下对金属腐蚀影响的行为并基于铁基金属腐蚀机理探究了初步的防腐蚀技术。Q450耐候钢沉降不同侵蚀性离子（硫酸钠、氯化钠，氯化铵）后表面会生成不同的腐蚀产物并改变表面腐蚀产物的转变过程，紫外辐射能够明显提高Q450的腐蚀速率，对金属腐蚀的影响主要是由沉降在金属表面的盐粒子及生成的相应的具有半导体性质的腐蚀产物共同决定。采用QCM原位测试纯铁在光照及暗黑条件下的质量变化，Raman与SEM测试腐蚀产物种类及形貌。不同暴露环境下，腐蚀产物的形貌及分布具有较大差异，光照条件下，在基体表面部分区域有较厚的腐蚀产物层，而暗黑条件下，基体表面的腐蚀产物层疏松。反应初期生成具有半导体性质的γ-FeOOH及β-FeOOH，相对于暗黑条件，在光照条件下，诱导生成光生的电子与光生空穴，能够加速金属基体快速突破阴极氧扩散控制的限制，加速金属腐蚀的进行。针对防腐蚀技术进行了初步的探索，在KH560水解过程中添加磷酸铝后形成的溶胶凝胶膜具有较好的致密性，同时具有优异的抗腐蚀性能。本项目建立了海洋大气光电化学腐蚀机理的模型并初步探究了防腐蚀技术，为耐候钢体系中合金元素的抗大气腐蚀机理提供了科学依据，并为腐蚀控制新工艺提供理论支持。