一種熱浸鍍層腐蝕性能評價方法
2023-05-30 14:01:11 1
專利名稱：一種熱浸鍍層腐蝕性能評價方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼鐵熱浸鍍層腐蝕性能的評價技術，具體地說是一種基於電化學極化和交流阻抗測試的熱浸鍍層腐蝕性能評價方法。
背景技術：
在鍍層材料的海水腐蝕機制的研究中常採用海水腐蝕掛片的失重法和電化學方法。海水腐蝕掛片的失重法數據雖然可靠，但信息量少、費時費力，而且只是宏觀的平均數據；而電化學方法不但可以提供豐富的界面微觀作用的信息，並且它的快速、原位、實時測量的優點也是其它方法難以做到的，所以電化學方法應該成為研究熱浸鍍層體系破壞機制的一種主要的手段。
但是，由於鍍層材料本身的特殊性，在利用傳統的穩態電化學方法來研究其海水腐蝕行為時存在著較大的困難原則上不允許以陽極極化曲線為依據來分析鍍層中不同層面的腐蝕情況。因為陽極極化過程中不僅僅是材料的快速溶解、使鍍層的不同層面暴露出來，而且還伴隨著電位的不斷增加；眾所周知，在極化條件下和在自然電位下材料的腐蝕機制可能完全不同。所以，不能通過研究極化條件下熱浸鍍層的電化學行為來論證鍍層材料在自然條件下的腐蝕特性。
因此，需要根據鍍層這一複雜體系的固有特徵，有針對性地發展一種專門設計的電化學暫態技術來研究其破壞、失效機制，建立一些基於基本事實的合理的理論，使已有的理論體系協調起來，這樣會使人們的認識有共同的基礎而得到深化。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可以用來論證鍍層材料在自然條件下的腐蝕特性的熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，工作量小、實驗周期短、費用低，可以獲取豐富、完整的鍍層腐蝕信息。
為了實現上目的，本發明所採用的技術方案如下採用「交流阻抗測量→極化→弛豫→交流阻抗測量」的循環測試，根據合金鍍層腐蝕情況分多個周期進行，每一周期具體分為以下三個步驟1)測得鍍層電極在腐蝕介質中穩定後的腐蝕電位，然後測量其電化學阻抗，再用等效電路擬合方法獲得鍍層及其下鋼鐵基體腐蝕過程的信息，包括Rp、Cd和Rc；2)根據鍍層情況選用恆電流、恆電位或動電位方法，對電極進行為時Δt的陽極極化，利用極化來暴露出鍍層的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；3)靜置並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的測試。
所述周期的重複次數可根據鍍層的成分、厚度和極化特性安排為5～12次之間，至電極的腐蝕電位穩定後與碳鋼電極的腐蝕電位相近時，或電極表面出現明顯的紅鏽點時為止；其中腐蝕介質可以為天然海水、人造海水或氯化鈉溶液；所述陽極極化方式為恆電流、恆電位或動電位方式；所述陽極極化方式的工作參數分別為0.1～500mA的恆電流，相對開路電位+10～+500mV的恆電位，或從開路電位掃描至相對開路電位+100～+500mV、掃描速度為0.167～1.000mV/s的動電位；所述極化時間Δt在120s-3600s範圍內。
本發明建立一種室內的鍍層快速測試的方法，並據此模擬、評價熱浸鍍層在自然環境海水中腐蝕特性。
本發明具有如下優點1.本發明建立一種多周期的「交流阻抗測量→極化→弛豫→交流阻抗測量」的循環測試技術路線，可以模擬熱浸鍍層在天然海水中的腐蝕行為，評估熱浸鍍鋅、鋁、鋅鋁合金、鋅鎳合金等不同鍍層材料的海水腐蝕性能，屬於一種室內快速模擬、測試、評價熱浸鍍層在自然環境中的海水腐蝕特性的方法，是外海掛片試驗的有益補充。本發明同樣也適用於熱浸鍍層在人造海水、氯化鈉溶液及其它電解質溶液中的腐蝕性能評價。
2.可以獲取豐富、完整的鍍層腐蝕信息。利用本發明方法可以研究和解析熱浸鍍層在海水中自均勻腐蝕期、點蝕期至劣化失效期等不同階段時電化學阻抗的頻譜特徵和腐蝕電化學參數的變化，判斷鍍層腐蝕各階段的控制步驟，進而推斷鍍層海水腐蝕的動力學機構和腐蝕行為。
3.採用本發明工作量小，便於觀察，而且實驗周期短、費用低。根據此發明方法，可以快速、經濟的進行鍍層防腐材料的遴選工作。
具體實施例方式
下面結合具體實施例詳述本發明。
實施例1熱浸鍍鋅鋼絲，直徑為4.00mm，鍍層厚度為20～40μm。將本實施例中熱浸鍍鋅鋼絲製成絲狀電極，電極暴露面積0.96cm2。腐蝕介質為天然海水。
本發明試驗設計可根據本實施例所述鍍層情況分為8個周期進行，每一周期具體分為以下三個步驟(1)測得鍍層鋼絲電極穩定後的腐蝕電位(-1050mVSCE～-650mVSCE)，然後測量其電化學阻抗譜，再用等效電路擬合方法獲得鍍層及其下鋼鐵基體腐蝕過程的信息，如RP、Cd和Rc；(2)根據本實施例鍍層情況，本實施例採用相對開路電位+400mV的恆電位對電極進行為時300s的陽極極化，利用極化來暴露出鍍層的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；(3)靜置並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的測試，當電極穩定後的腐蝕電位與碳鋼電極的腐蝕電位相近，或電極表面出現明顯的紅鏽點時停止試驗。
其原理是本發明採用短時間內的陽極極化使鍍層以一定速度溶解，來暴露出鍍層中的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；在進行充分的弛豫回到穩定的自腐蝕狀態後，快速測量鍍層材料的電化學阻抗譜，可避免腐蝕電位和表面狀態的漂移，還可以準確獲得熱浸鍍層在海水中自均勻腐蝕期、點蝕期至劣化失效期等不同階段時電化學阻抗的頻譜特徵和腐蝕電化學參數的變化，判斷鍍層腐蝕各階段的控制步驟，進而推斷鍍層海水腐蝕的動力學機構和腐蝕行為。所述「交流阻抗測量→極化→弛豫→交流阻抗測量」的循環測試是指先測量開路電位穩定後的電化學阻抗譜，再對電極進行為時Δt的陽極極化，然後再靜置(馳豫)並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的阻抗測試。
實施例2與實施例1不同之處在於熱浸鍍鋅-5％鋁合金鍍層鋼板，厚度為0.44mm，鍍層厚度為30～38μm。將本實施例中熱浸鍍鋅-5％鋁合金鍍層鋼板製成方片狀電極，電極暴露面積1.00cm2。腐蝕介質為人造海水。
本發明試驗分10個周期進行，每一周期三個步驟(1)先測得合金鍍層電極穩定後的腐蝕電位(-1040mVSCE～-650mVSCE)，然後開始測量其電化學阻抗譜，用等效電路擬合方法獲得鍍層以及鋼鐵基體腐蝕過程的RP、Cd和Rc；(2)根據本實施例鍍層情況，本實施例採用從開路電位掃描至相對開路電位+500mV、掃描速度為0.333mV/s的動電位對電極進行為時1500s的陽極極化，利用極化來暴露出鍍層的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；(3)靜置並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的測試，當電極穩定後的腐蝕電位與碳鋼電極的腐蝕電位相同，或電極表面出現明顯的紅鏽點時停止試驗。
實施例3與實施例1不同之處在於熱浸鍍鋅-55％鋁合金鍍層鋼板，厚度為0.26mm，鍍層厚度為34～42μm。將本實施例中熱浸鍍鋅-55％鋁合金鍍層鋼板製成方片狀電極，電極暴露面積1.00cm2。腐蝕介質為3.5％NaCl溶液。
本發明試驗設計分10個周期進行，每一周期具體分為以下三個步驟(1)測得鍍層合金電極的的腐蝕電位穩定後(-1020mVSCE～-650mVSCE)，開始測量其電化學阻抗譜，用等效電路擬合方法獲得鍍層以及鋼鐵基體腐蝕過程的RP、Cd和Rc；(2)根據本實施例鍍層情況，本實施例採用50mA的恆電流對電極進行為時900s的陽極極化，利用極化來暴露出鍍層的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；(3)靜置並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的測試，當電極穩定後的腐蝕電位與碳鋼電極的腐蝕電位相同，或電極表面出現明顯的紅鏽點時停止試驗。
權利要求
1.一種熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，其特徵在於採用「交流阻抗測量→極化→弛豫→交流阻抗測量」的循環測試，根據合金鍍層腐蝕情況分多個周期進行，每一周期具體分為以下三個步驟1)測得鍍層電極在腐蝕介質中穩定後的腐蝕電位，然後測量其電化學阻抗，再用等效電路擬合方法獲得鍍層及其下鋼鐵基體腐蝕過程的信息，包括RP、Cd和Rc；2)根據鍍層情況選用恆電流、恆電位或動電位方法，對電極進行為時Δt的陽極極化，利用極化來暴露出鍍層的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；3)靜置並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的測試。
2.按權利要求1所述熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，其特徵在於所述周期的重複次數可根據鍍層的成分、厚度和極化特性安排為5～12次之間，至電極的腐蝕電位穩定後與碳鋼電極的腐蝕電位相近時，或電極表面出現明顯的紅鏽點時為止。
3.按權利要求1所述熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，其特徵在於其中腐蝕介質可以為天然海水、人造海水或氯化鈉溶液。
4.按權利要求1所述熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，其特徵在於所述陽極極化方式為恆電流、恆電位或動電位方式。
5.按權利要求1所述熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，其特徵在於所述陽極極化方式的工作參數分別為0.1～500mA的恆電流，相對開路電位+10～+500mV的恆電位，或從開路電位掃描至相對開路電位+100～+500mV、掃描速度為0.167～1.000mV/s的動電位。
6.按權利要求1所述熱浸鍍層腐蝕性能評價方法，其特徵在於所述極化時間Δt在120s-3600s範圍內。
全文摘要
本發明公開一種熱浸鍍層腐蝕性能評價方法。它採用「交流阻抗測量→極化→弛豫→交流阻抗測量」的循環測試方式，根據鍍層腐蝕情況按如下步驟1)測得鍍層電極在腐蝕介質中穩定後的腐蝕電位，然後測量其電化學阻抗，再用等效電路擬合方法獲得鍍層及其下鋼鐵基體腐蝕過程的信息；2)根據鍍層情況對電極進行為時Δt的陽極極化，利用極化來暴露出鍍層的不同層面和模擬鍍層的不同腐蝕階段；3)靜置並測量電極的腐蝕電位，待其穩定後再進行下一周期的測試，至電極的腐蝕電位穩定後與碳鋼電極的腐蝕電位相近時，或電極表面出現明顯的紅鏽點時為止。本發明基於電化學極化和交流阻抗測試，可以獲取的鍍層腐蝕信息豐富、完整。
文檔編號G01N17/02GK1590980SQ03133920
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月5日 優先權日2003年9月5日
發明者李焰, 張 傑, 向斌, 馬瑛, 侯保榮 申請人:中國科學院海洋研究所