多金属/合金复杂耦合体系的腐蚀时空分布规律研究

Galvanic corrosion causes serious security risk to the marine facilities, but the research is focused on the galvanic corrosion of two-metal coupling. A lot of marine structures with multi-metal (alloy) coupling will appear. The temporal and spatial distribution of corrosion in multi-metal (alloy) complex coupling systems and the corresponding mechanism therefore will be investigated in this program. The electrochemical performance variation on the time function of individual metal (alloy) in the coupling system, the electrochemical polarity conversion and the corresponding mechanism will be studied through using electrochemical tests combined with surface analysis. Through the method of stacked sheet (ring), the study will be concentrated on the spatial distribution of coupling potential, coupling current and corrosion. The different electrochemical performance variation process at different position caused by the spatial distribution of coupling potential and coupling current will be investigated. Based on the above analysis, the temporal and spatial distribution and model of the corrosion in multi-metal (alloy) complex coupling system will be established, its mechanism will be revealed. This study has important theoretical and practical significance. It will expand the basic theory of corrosion. Meanwhile, it will guide the maintenance of marine metal structures and prevent catastrophic accidents.

金属/合金的电偶腐蚀给海洋金属设施的服役带来了严重的安全隐患，但是目前该领域的研究多仅局限于包括金属间化合物的双金属/合金体系、很少涉及多金属复杂腐蚀体系。本项目针对海水环境下由（Al、Ti、Cu等）多种金属/合金的耦合导致的电偶腐蚀问题，拟采用电化学方法（EN、EIS、SECM等）并结合SEM和XRD等，研究多金属/合金耦合体系中偶合电位/电流、表面成分及腐蚀形貌等腐蚀特征的"时间序列效应"，偶合金属电化学极性转换规律及机理，各耦合金属/合金的偶合电位/电流的空间分布，以及由此所导致的空间不同位置腐蚀能量(活性)随时间的演化规律。在上述基础上，建立多金属/合金复杂耦合体系腐蚀萌生/发展的时空分布模型并解析其腐蚀机理。本工作在丰富金属/合金材料腐蚀理论同时，还可针对性的为指导海洋金属设备的维护、预测其服役寿命提供建议。因此，具有重要的理论价值与实际意义。

金属/合金的电偶腐蚀给海洋金属设施的服役带来了严重的安全隐患，但是目前该领域的研究多仅局限于包括金属间化合物的双金属/合金体系、很少涉及多金属复杂腐蚀体系。本项目以海水环境下的由多种金属/合金（Al合金、钢基、钛基等）耦合导致的电偶腐蚀问题，采用电化学方法（EN、EIS）并结合SEM和XRD以及腐蚀失重和腐蚀形貌观察研究了合金的自腐蚀行为；阴阳面积比对挂片对电偶腐蚀的影响；同时通过电偶电流测试和扫描电镜观察等手段，研究了重点金属，双合金平面电偶腐蚀和三合金复杂体系平面电偶腐蚀等腐蚀特征在时间序列的变化规律以及各耦合金属/合金的偶合电位/电流的空间分布，以及所导致的空间不同位置腐蚀能量(活性)随时间的演化规律。得到如下结论：（1）基于自制的海洋模拟腐蚀系统，提出了5383铝合金在流动海水中的耐蚀性能优于相同阶段下的静态海水中的耐蚀性能，而海水的流速对其EIS影响较大，其特征由初始状态两个容抗逐渐演变为一个高频容抗弧。（2）基于不同耦合条件下电化学噪声的FWT分析等技术，提出了可以正确描述耦合金属体系腐蚀程度、蚀点数量和蚀点大小在时间分布序列的腐蚀能量参数，即电化学活性能量、成核能量和生长能量。（3）提出了在双金属耦合条件下的界面等效电路，耦合电极腐蚀速率变化趋势取决于耦合金属的阴阳面积比例。（4）探明了在挂片对电极腐蚀中，稳定稳定腐蚀期的电偶电流密度与阴阳面积比为线性关系，阴极溶解不可忽略。同时，平面电偶存在明显的空间分布效应，腐蚀主要集中在距离阴极较近的一小块区域，远端分布较为均匀；（5）提出并验证了在多金属耦合体系中，当只存在唯一阳极时，整体的电偶电流密度明显大于双合金偶合时，分布具有明显的距离效应。本工作在丰富金属/合金材料腐蚀理论同时，还可针对性的为指导海洋金属设备的维护、预测其服役寿命提供建议。因此，具有重要的理论价值与实际意义。