钢筋钝化膜在含缓蚀剂的模拟混凝土孔隙液中的电化学特性

应用线性极化法、Mott-Schottky曲线研究了钢筋钝化膜在含有亚硝酸钠和D-葡萄糖酸钠复合缓蚀剂的模拟混凝土孔隙液中的电化学特性.结果表明,复合缓蚀剂的加入,使钢筋在含有氯离子的模拟混凝土孔隙液中耐蚀性提高;在外加亚硝酸钠的模拟混凝土孔隙液中,钢筋钝化膜在一定的电位区间内呈现n型半导体特性并具有单一施主浓度,而D-葡萄糖酸钠加入则增大了施主浓度.此外,钢筋钝化膜的耐蚀性和半导体性质受溶液中氯离子浓度的影响较大,加入一定浓度的氯离子可使钝化膜的施主浓度增大,耐蚀性降低.     

未处理钢筋在模拟混凝土孔溶液中的早期电化学性能

在钢筋表面进行了微观结构表征和分析后,采用线性极化法和电化学阻抗谱法对未经处理的钢筋试件在模拟混凝土孔溶液中的早期电化学性能进行了研究。结果表明:电化学方法能较好地表征HRB400型钢筋在混凝土模拟孔溶液中的早期电化学性能,能准确地表征钢筋试件完全钝化时的状态;钢筋试件钝化完全时,钝化膜组成为FeO、Fe(OH)_2、Fe_2O_3和FeOOH等。与预处理过的钢筋的钝化过程不同,钢筋试件的自腐蚀电位在钝化期内的变化过程可以近似用高斯函数来拟合。     

热镀锌层在不同pH值的饱和Ca(OH)2溶液中的腐蚀行为

为了研究混凝土中孔隙液pH值下降时钢筋热镀锌层的腐蚀,模拟了不同pH值(9.0～13.5)饱和Ca(OH)2溶液的混凝土孔隙液,将热镀锌钢筋浸泡15 d,探讨了其在6种不同pH值溶液中的腐蚀行为和热镀锌层表面腐蚀产物.采用电化学测试、SEM、EDS和XRD技术对热镀锌钢筋进行了分析.结果表明:当pH值为9.0～12.0时,锌层表面主要生成ZnO膜,自腐蚀电流密度Jcorr随pH值增大而增大;当pH值为12.0～13.0时,锌层表面生成片状的锌酸钙,Jcorr明显减小;2种情况下Jcorr均接近钢筋钝化临界值0.1μA/cm2,锌层同样可处于钝化状态;当pH值为13.5时,锌层表面不生成保护膜,Jcorr显著增大到1×102μA/cm2.     

混凝土养护期间HRB400钢筋钝化行为研究

为了研究HRB400钢筋在模拟养护阶段混凝土孔隙液中表面钝化膜的生长过程,采用3种电化学测试技术(开路电位、电化学阻抗谱、动电位极化曲线)研究钢筋表面钝化膜的性能随着浸泡时间的变化特征,此外通过XPS对稳定钝化膜的成分与结构进行分析。结果表明,同传统钢筋材料一样,HRB400钢筋在模拟混凝土养护条件的溶液中展现出良好的耐蚀性能,浸泡5 d后便能够生成稳定钝化膜。XPS分析发现钢筋钝化膜为双层结构,内层以二价铁离子化合物为主,外层主要由三价铁离子化合物组成。     

饱和Ca(OH)2溶液pH值对热镀锌钢表面锌酸钙覆盖层的影响

采用不同pH值(9.0～12.0)的饱和Ca(OH)2溶液模拟混凝土因碳化而导致pH值降低的混凝土孔隙液,研究在这些溶液中热镀锌钢筋表面锌酸钙覆盖层的变化和锌层的腐蚀行为,并对实验条件下锌酸钙的溶解转化机理进行了讨论.对浸泡30天后各试样的扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、塔菲尔极化和电化学阻抗谱分析结果表明:随孔隙液pH降低和浸泡时间增加,锌层上锌酸钙减少而ZnO增加,当pH值为9时,覆盖层可全部转化为ZnO;随着锌酸钙减少和ZnO增加,极化电阻(Rp)、膜层电阻(Rc)、电荷转移电阻(Rct)和扩散阻抗(Ws)均降低,而自腐蚀电流密度icorr增大,但icorr仍接近钢筋钝化临界值10-1μA/cm2.     

模拟混凝土孔隙液中钢筋电化学腐蚀行为及pH值的影响作用

应用极化曲线法和电化学阻抗技术,结合扫描电子显微镜方法,测试钢筋在模拟混凝土孔隙液中的钝化与去钝化行为,以及溶液pH值对钢筋电化学腐蚀行为的影响作用.结果表明,钢筋在pH值为12.50的模拟液中处于钝态,随着溶液pH值的降低,钢筋的耐蚀性下降.钢筋表面去钝化发生腐蚀的临界PH值在11.12-11.05范围内.     

X80钢母材和焊缝在高pH值土壤模拟溶液中的点蚀行为

目前,对管线钢焊缝应力腐蚀行为研究较多,而针对其点蚀行为的研究很少。采用动电位极化和电化学阻抗谱研究了X80钢母材和焊缝在高pH值土壤模拟溶液(0.50 mol/LNaHCO_3+0.02 mol/LNaCl)中的点蚀行为,通过金相显微镜观察了母材和焊缝的显微组织和极化后的点蚀形貌,借助Mott-Schokkty曲线分析了钝化膜的半导体特性。结果表明:X80钢母材和焊缝在高pH值土壤模拟溶液中都能够发生钝化,但母材的钝化区间范围更宽,击穿电位更高。母材和焊缝表面所成的钝化膜都呈n型半导体特征,但母材表面的钝化膜致密性和均匀性更好,膜电阻和电荷转移电阻更大,钝化膜内的缺陷密度也更低,这是导致母材抗点蚀性能优于焊缝的一个原因。此外,焊缝组织中高含量的贝氏体组织是造成其点蚀性能下降的另一个因素。     

点蚀形核机制的透射电子显微学研究

钝性金属材料的点蚀是腐蚀领域中的经典问题。受研究手段空间分辨率的限制,点蚀形核阶段的机制有待进一步阐明。以透射电子显微技术为主要研究手段,围绕与点蚀形核密切相关的材料基体结构特征及钝化膜性质两方面,阐明了点蚀形核的基体结构相关性以及钝化膜结构及与Cl~-的交互作用这两大基本科学问题。在原子尺度下建立了材料基体结构特征与腐蚀溶解活性之间的关联,揭示了钝化膜的结构特征和Cl~-与之交互作用之间的内在规律,丰富、完善甚至修正了材料点蚀形核机制方面的经典认识。研究发现,在点蚀形核初期,无论是基体中夹杂或第二相的腐蚀溶解活性,还是表面钝化膜本身的击破,起源都可以追溯到原子尺度的结构缺陷。     

海水环境中Cl-浓度对316L不锈钢腐蚀行为的影响

为了探明Cl~-浓度对海水环境下金属材料的腐蚀影响,通过极化曲线、交流阻抗和循环伏安曲线,并结合Mott-Schottky曲线,分析了在不同Cl~-浓度的海水模拟溶液中316L不锈钢的电化学腐蚀行为。结果表明:在海水环境中,高浓度的Cl~-环境会使316L不锈钢试件的容抗弧直径减小,腐蚀电位下降,抗腐蚀能力变弱;在高Cl~-浓度下,不锈钢表面钝化膜更易破裂,且钝化膜的自我修复能力受到抑制; Cl~-浓度越大,空间电荷层厚度减少变化趋势越快,钝化膜腐蚀溶解的速率越快,316L不锈钢发生腐蚀的概率越大。     

Cr(Ⅲ)热浸镀锌钝化液的研究

由于Cr(Ⅵ)对环境有不利影响,因此寻找不合Cr(Ⅵ)的钝化液非常重要.研究在连续热浸镀锌钝化液中以Cr(Ⅲ)、铈、钴替代Cr(Ⅵ),钝化液通过辊涂和烘干处理工艺得到钝化膜.试验通过电化学方法研究钝化膜的抗腐蚀行为.SEM形貌观察发现,所获得的钝化膜较Cr(Ⅵ)钝化膜具有更加致密的表面膜层,SiO2在膜层结构中阻碍了微裂纹的扩展,提高了膜层抗形变性能;电化学极化曲线研究表明,铈、钴抑制了阳极极化腐蚀过程;盐雾试验结果表明,复合钝化膜较传统钝化膜具有更好的抗蚀性能.钝化膜的膜附着量达70-80 mg/m2,试样出现锈蚀的时间可以达到192 h,试验色差为1.5.     

304不锈钢在盐湖卤水中的腐蚀行为

用腐蚀挂片试验方法研究了304不锈钢在盐湖卤水中暴露2a的腐蚀行为,井运用室内电化学试验方法研究了其电化学行为。结果表明：盐湖卤水浸泡2a后,304不锈钢腐蚀速率为0．0003mm／a,主要表现为点蚀,试样侧面加工缺陷处存在较深的点蚀坑;在卤水中浸泡768h后,304不锈钢表面钝化膜局部被破坏,出现点蚀孔。     

温度对X80管线钢在0.5mol/L Na_2CO_3+1.0mol/L NaHCO_3溶液中电化学腐蚀性能的影响

目前,有关温度对CO_3~(2-)-HCO_3~-环境下X80管线钢腐蚀行为的影响规律尚无统一的认识。为了探究高强度钢在不同温度的0.5 mol/L Na_2CO_3+1.0 mol/L NaHCO_3溶液中的腐蚀行为,采用动电位极化、电化学阻抗技术,并结合金相显微镜观察研究了温度对X80管线钢在0.5 mol/L Na_2CO_3+1.0 mol/L NaHCO_3溶液中电化学腐蚀行为的影响规律,并通过Mott-Schottky曲线对不同温度下钝化膜的半导体性质进行探讨。结果表明:温度从30℃上升至75℃时,X80钢的点蚀电位和电荷转移电阻均逐渐减小,腐蚀现象越明显;当温度达到90℃时,点蚀电位和电荷转移电阻反而增大,腐蚀程度有所减缓;在0.3~0.7 V内,钝化膜呈现出典型的n型半导体特征;随着温度的升高,钝化膜内的施主电流密度和平带电位呈现先降低后增加的趋势,钝化膜稳定性先减弱后增强;在75~90℃之间存在一个临界温度,此温度下钝化膜的缺陷密度最大,保护性最差。     

Cl~-,CO_2和微量H_2S共存时13Cr不锈钢的腐蚀性能

通过高温高压釜模拟油气田现场环境,采用扫描电镜、能谱和X射线衍射方法对油气田现场水样腐蚀后1Cr13和OCr13两种钢的表面形貌及成分进行了分析,对比研究了Cl~-,CO_2和微量H_2S共存时在气、液两相中的耐蚀性能。结果表明:1Cr13和0Cr13钢在气、液两相中的平均腐蚀速率均较小,但均有不同程度的点蚀发生,且0Cr13钢点蚀比1Cr13钢点蚀严重;1Cr13和0Cr13钢主要靠钝化膜中铬的化合物降低腐蚀速率。并探讨了影响不锈钢耐蚀性能的因素,包括化学成分、夹杂、晶粒度、显微组织和腐蚀介质,并采用金相分析法进行了验证。     

不锈钢的点蚀机理及研究方法

介绍了不锈钢点蚀定义,点蚀的3种经典形核理论,即穿透理论、吸附理论和局部钝化膜破裂理论,以及点蚀形核后的生长过程.总结了影响不锈钢点蚀行为的内、外因素,包括各因素对不锈钢点蚀行为的影响规律,同时介绍了几种点蚀的测试方法,包括化学浸泡法、极化曲线、电化学阻抗谱、电化学噪声及扫描探针技术及其在点蚀研究中的应用.     

Cl~-浓度对SiC_P/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响

采用浸泡模拟实验方法、电化学极化和电化学阻抗谱测试技术,研究了Cl~-浓度对SiC_P/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响。结果表明:SiC_P/Al复合材料在Cl~-介质下钝化现象不明显,腐蚀过程主要为点蚀腐蚀。随Cl~-浓度增加,SiC_P/Al复合材料腐蚀速率增加,点蚀电位降低,且复合材料的腐蚀过程机制表现为由单纯电荷传递过程机制向电荷传递过程与腐蚀产物扩散共同作用的混合机制转变。电化学阻抗谱随Cl~-浓度增加呈现出2种类型:单一容抗弧类型、高频区容抗弧和低频区一条与实轴呈45°直线(经典Warburg阻抗)组合的复合类型。     

氯盐环境中新型合金耐蚀钢筋Cr10Mo1的钝化行为

应用线性极化、电化学阻抗谱与电容电位法等方法对比研究了合金耐蚀钢筋Cr10Mo1和普通碳素钢筋在预含不同浓度(0mol·L~(-1)、0.1mol·L~(-1)、0.3mol·L~(-1)、0.6mol·L~(-1))氯盐的较低碱度(pH=12.5)模拟混凝土孔溶液中的钝化行为,利用XPS方法分析钢筋钝化膜组成结构,分析了氯盐作用下两种钢筋钝化行为变化存在差异的原因,揭示了合金耐蚀钢筋强易钝化机制。结果表明:在各氯盐浓度下,合金耐蚀钢筋均能良好致钝且钝化效果并无较大差距,而普通碳素钢筋随氯盐浓度增大钝化效果显著减弱,当氯盐超过一定浓度则几乎不钝化,甚至发生明显点蚀。Cr氧化物作为合金耐蚀钢筋钝化膜不同于普通碳素钢筋的关键成分,高浓度氯盐作用下仍可保持稳定并维持钝化膜层完整密实,从而使耐蚀钢筋呈现强易致钝特性。     

吗啉多元胺对混凝土钢筋的阻锈作用

迁移性阻锈剂对钢筋混凝土中的金属材料有很好的保护作用,国内这方面的研究报道较少.采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了吗啉多元胺在模拟混凝土空隙液及混凝土中对钢筋的保护作用.在含有2 000mg/L NaCl的模拟液中,吗啉多元胺可以提高钢筋的抗点蚀能力.吗啉多元胺的加入导致混凝土钢筋的腐蚀电位正移,对钢筋的阴极和阳极电化学过程均有抑制作用,它是一种混合型缓蚀剂.吗啉多元胺能够在混凝土中扩散迁移,在钢筋表面形成吸附膜,阻挡侵蚀性离子对钢筋表面的侵入,抑制钢筋腐蚀电化学反应的进行.     

氨基醇阻锈剂对钢筋表面钝化膜性能的影响

氨基醇阻锈剂对钢筋表面钝化膜的影响机理尚不清楚。采用动电位极化曲线、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)研究了氨基醇阻锈剂对钢筋表面生成的钝化膜的影响。结果表明:添加氨基醇阻锈剂后,钢筋表面钝化膜的抗点蚀能力提高,发生点蚀的临界Cl-浓度由未添加阻锈剂时的0.05~0.06 mol/L提高到0.06~0.07 mol/L;钢筋表面生成的钝化膜均是由Fe的氧化物(Feox)和氢氧化物(Fehydrox)组成,氨基醇阻锈剂提高了钝化膜表面的Fehydrox含量;氨基醇阻锈剂的添加使得钝化膜的表面更加光滑平整。     

模拟混凝土孔隙液中钢筋腐蚀行为的恒电量法监测

利用恒电量法监测了钢筋在不同ｐＨ 值的模拟混凝土孔隙液中的极化电阻、钝化膜电阻Ｒｐ、Ｒｆ 值,并与电位法监测值进行了比较,结果表明,恒电量法更加准确和更具定量性,适用于钢筋的腐蚀监测。     

电化学除氯和硅酸根电迁移法的联合修复研究

为了抑制氯离子反向扩散造成钢筋二次腐蚀,进一步延长修复后混凝土结构的服役寿命,在电化学除氯(ECR)基础上提出一种通过电驱动SiO_3~(2-)进入孔隙,与孔隙中的Ca(OH)_2反应生成C-S-H凝胶硬化混凝土/砂浆,并同时去除混凝土/砂浆内氯离子的新型的联合修复方法。由对比试验,通过滴定氯离子,利用自腐蚀电位(Ecorr)、腐蚀电流密度(Icorr)和电化学阻抗谱法(EIS)研究了该方法的修复效果及其修复后的长期耐久性,此外,由压汞法和热重分析探讨了该方法的微观作用机制。结果表明:联合修复方法与电化学除氯具有相近的除氯效率;与电化学除氯相比,联合修复方法能更有效延缓钢筋的二次腐蚀;随着初始氯离子含量的减少,联合修复方法延缓钢筋二次腐蚀的效果更为显著;联合修复方法对钢筋二次腐蚀的抑制源于其致密化作用,经联合修复后砂浆总孔隙率与有害孔数量相比于修复前均有所下降。