封闭式海水条件下热浸镀钢材腐蚀产物膜的形成及其腐蚀行为研究

在常年的海水浸泡中，被有机物包覆的热浸镀钢材往往处于一种封闭式的海水环境。自然海水透过包覆层的分子间隙渗入；逐渐地，热浸镀钢材表面会被自身的腐蚀产物饱和覆盖。对于深海的使用环境，压力等因素更加促进了腐蚀产物膜的形成和发展。.在这种封闭式海水环境下热浸镀钢材的腐蚀产物膜及其腐蚀行为与全浸区、潮差区等暴露于实海的开放式海洋环境完全不同。本申请通过模拟封闭体系中腐蚀产物无法脱落的介质环境，结合实海测试，综合运用电化学测试和物理分析手段，对锌镀层、0.05%RE-Al镀层和Galvalume镀层的腐蚀行为进行研究，并探讨温度、压力、盐度等对腐蚀产生的影响。针对封闭式海水环境中的热浸镀层腐蚀行为和机理研究，可以为我国各种海底电缆以及堤坝加固材料等海洋工程的合理设计、选材和可行性论证提供科学依据，具有重要的科学意义和实际应用价值。

腐蚀产物吸附镀锌层表面会影响镀锌钢的腐蚀相关过程，如溶解氧的传质、钝化膜的稳定性和溶解金属离子的水化过程。同时，镀锌钢在锈层环境中的腐蚀不仅包括金属离子阳极溶解和阴极氧还原过程，还包括多个腐蚀子过程，如涉及锈层的氧化还原反应和传质过程，锈层界面的电荷转移行为。.在本研究中，采用失重法、动电位极化曲线、循环极化曲线、线性扫描曲线和交流阻抗谱技术研究了镀锌钢、0.05wt%RE-Al镀层钢和Galvalume镀层钢在封闭海水锈层中的腐蚀行为。利用X射线衍射、电子扫描电镜和电子能谱对锌镀层表面吸附锈层的形貌和电化学成分进行了分析；详细探讨了锈层环境中Cl-浓度、pH值、温度和液压对镀锌层在封闭海水锈层耐蚀性能的影响。研究发现：在不含Cl-的封闭海水锈层中，腐蚀产物在镀锌钢表面的吸附可以抑制基体金属的腐蚀；在含Cl-的封闭海水锈层中，锈层电阻Rf、腐蚀反应的电荷转移电阻Rct和溶液电阻Rs随着Cl-浓度的增大而降低，锈层对镀锌层的保护作用被Cl-的点蚀而逐渐破坏；在中性封闭海水锈层中，镀锌层表面瞬间发生点蚀腐蚀，在强碱性封闭海水锈层中，镀锌钢表面发生钝化现象，当封闭锈层溶液的pH值从7.0增大到13.0时，镀锌钢的自腐蚀电流密度从108 μA cm-2降低到9.0 μA cm-2，镀锌钢在强碱性环境中拥有良好的耐蚀性能；随着温度的逐渐升高(237K~333K)，抑制了锈层在镀锌钢表面的吸附并逐步加快了镀锌层的腐蚀速率；当液压为0.4 MPa时，颗粒状的腐蚀产物逐渐转变为针叶状并紧密的吸附在镀锌层表面，当液压从0.1 MPa增大到0.4 MPa时，镀锌钢的极化电阻 (Rp) 从2.23 kΩ cm2增大到 49.18 kΩ cm2。Galvalume镀层钢在温度升高时，保护性腐蚀产物膜在表面的吸附遭到破坏，阳极活化反应过程得到促进；低浓度的溶解氧抑制了阴极反应，导致耐蚀性能提高。0.05wt%RE-Al镀层钢在Al(OH)3-海水介质中随着浸泡时间的增加，电荷传递电阻逐渐减小，镀层耐蚀性能减弱。.本课题研究了封闭式海水环境中的典型热浸镀层腐蚀行为和腐蚀机理，揭示了封闭式海水条件下环境因素变化对镀层腐蚀行为的影响规律，可以为海底电缆及堤坝加固材料等在海水实际应用中的耐蚀性能评价以及制备耐蚀性能更好的钢铁镀层等提供基础数据，具有重要的科学意义和实际应用价值。