装备典型材料循环盐雾加速腐蚀行为与机理研究

目的研究装备典型材料在循环盐雾试验条件下的加速腐蚀行为与机理,建立快速分析和表征碳钢腐蚀性能的试验方法。方法通过实施模拟海洋大气环境腐蚀效应及作用特点的循环盐雾加速腐蚀试验,采用SEM、XRD及电化学测试等手段,表征和分析样品腐蚀质量损失、腐蚀形貌、腐蚀产物成分、腐蚀电压、腐蚀电流密度及阻抗等腐蚀性能随暴露时间的变化规律,归纳碳钢的加速腐蚀行为和电化学机理。结果碳钢样品腐蚀质量损失动力学符合幂函数规律,腐蚀速率整体呈现先升高、再降低的变化趋势。腐蚀产物为疏松外层与相对致密内层组成的准双层结构,整体呈现从疏松剥落到逐渐增厚致密的变化过程,成分以铁的氧化物和羟基氧化物为主。极化曲线拟合的腐蚀电流密度呈现先波动增加、后减小的变化趋势,腐蚀电位则围绕中枢值上下波动。电化学阻抗谱由2个容抗弧组成,后期容抗弧中低频区的直线表示出Warburg阻抗的典型特征。结论循环盐雾加速腐蚀试验能够较为全面地描述碳钢材料的加速腐蚀行为与机理,为进一步研究装备典型材料室内外腐蚀试验相关性提供条件。

含镀层合金钢循环盐雾加速腐蚀行为与机理研究

目的研究含镀层合金钢在室内模拟及强化腐蚀环境下的腐蚀行为与机理,建立快速评价含镀层钢腐蚀寿命的加速试验方法。方法利用设计的室内加速腐蚀环境试验谱,通过实施模拟海洋大气环境效应的循环盐雾加速腐蚀试验,采用外观检查、SEM、XRD及电化学测试等手段,表征了暴露不同周期样品的腐蚀失重、腐蚀形貌、腐蚀产物成分、极化曲线及阻抗谱等腐蚀性能,分析和归纳了含镀层合金钢的加速腐蚀行为和电化学机理。结果随着腐蚀暴露时间的延长,含镀层合金钢样品的腐蚀失重动力学符合幂函数规律,腐蚀速率呈现先减小后增大再减小的变化趋势。表面形貌从镀层腐蚀产物逐渐过渡为基体金属锈层,成分从羟基氯化锌、羟基氧化锌逐渐过渡为羟基氧化铁为主。极化曲线拟合的腐蚀电流密度呈现围绕中枢值上下波动的变化趋势,腐蚀电位则呈现波动上升趋势。电化学阻抗谱的容抗弧从1个变化为2个,后期容抗弧中低频区出现的直线显示出Warburg阻抗的典型特征。结论循环盐雾环境对含镀层合金钢腐蚀的加速效果显著,从腐蚀动力学、腐蚀产物形貌及成分、电化学机理等角度,能够比较全面地表征含镀层合金钢的加速腐蚀行为与机理,为进一步研究加速腐蚀试验的模拟性和相关性提供条件。

高强铝合金循环盐雾加速腐蚀行为与机理研究

目的研究2A12铝合金在室内模拟及强化腐蚀环境下的腐蚀行为与机理,建立快速评价铝合金腐蚀寿命的加速试验方法。方法利用设计的室内加速腐蚀环境试验谱,通过实施模拟海洋大气环境效应的循环盐雾加速腐蚀试验,采用外观检查、SEM、XRD及电化学测试等手段,表征了暴露不同周期样品的腐蚀失重、腐蚀形貌、腐蚀产物成分、极化曲线及阻抗谱等腐蚀性能,分析和归纳了铝合金的加速腐蚀行为与机理。结果随着腐蚀暴露时间的延长,2A12样品腐蚀失重动力学符合幂函数规律且关系式为D=1.662t^(1.061),腐蚀速率呈现短暂降低后迅速增加再逐步下降的变化趋势;腐蚀形貌从腐蚀产物均匀分布到逐渐变得集中和突出表面,后期局部出现脱落,腐蚀产物成分均以Al_(2)O_(3)为主,与腐蚀机理分析的化学反应过程基本一致。极化曲线Tafel拟合结果表明,腐蚀电位整体呈现稳定并缓慢减小的变化趋势(‒0.509~‒0.392 V),腐蚀电流密度呈现先波动增加后减小的变化趋势(0.271~0.882 A/cm^(2));阻抗谱均在高频区表现为1个容抗弧,且容抗弧半径呈现“减小—增大—减小至稳定”的变化趋势;阻抗谱等效电路拟合结果表明,腐蚀产物膜电阻Rf呈现“增大—减小—增大—减小”的变化趋势,极化电阻Rp整体呈现先减小后增大的变化趋势。结论循环盐雾环境对高强铝合金腐蚀的加速效果显著,从腐蚀动力学、腐蚀产物形貌及成分、电化学特性等角度,能够比较全面地表征铝合金的加速腐蚀行为与机理,为进一步研究加速腐蚀试验的模拟性和相关性提供条件。

循环盐雾环境中电镀锌和锌铝涂覆涂层的腐蚀行为

将电镀锌涂层和锌铝涂覆涂层制备在冷轧板基体上,进行了42 d循环盐雾试验,通过扫描电镜(SEM)、XRD分析和电化学测试考察了其经过不同时间循环盐雾试验后的腐蚀形貌、腐蚀产物组成和电化学行为。结果表明:锌铝涂覆涂层的耐蚀性强于电镀锌涂层,经过28 d循环盐雾试验后电镀锌涂层已完全失效,而锌铝涂覆涂层经过42 d试验后仍未失效;在循环盐雾试验环境中,二者共同的腐蚀产物有ZnO,Zn_(5)(CO_(3))_(2)(OH)_(6)、Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O和Fe_(3)O_(4),电镀锌涂层的腐蚀产物中还有Zn_(4)CO_(3)(OH)_(6)和FeOOH,而锌铝涂覆涂层的腐蚀产物中含有具有保护作用的Al_(2)O_(3)。

循环盐雾中两种聚氨酯涂层冷轧板腐蚀行为

为了解决冷轧板耐蚀性差的问题,常在其表面制备聚氨酯涂层。本文以电泳聚氨脂涂层冷轧板(ESPCC)和粉末喷涂聚氨脂涂层冷轧板(PSPCC)为研究对象,进行42 d的循环盐雾试验后,通过扫描电镜、X射线衍射分析和电化学测试来考察其在循环盐雾试验环境中的腐蚀形貌、腐蚀产物组成和电化学行为。结果表明,ESPCC和PSPCC经过42 d循环盐雾腐蚀后的单边扩蚀宽度分别为0.45 mm和0.25 mm。ESPCC比PSPCC的腐蚀颗粒更大,二者的腐蚀产物都是Fe_(3)O_(4)、α-FeOOH、γ-FeOOH和β-FeOOH,但是ESPCC的腐蚀产物的峰值强度高于PSPCC。ESPCC的腐蚀电流密度最大为1.08×10^(-5)A·cm^(-2),大于PSPCC的最大腐蚀电流密度1.34×10^(-9)A·cm^(-2);且其腐蚀42 d后电荷转移电阻只有2.88×10^(4)Ω∙cm^(2),小于PSPCC腐蚀42 d后的电荷转移电阻1.35×10^(10)Ω∙cm^(2)。

氟碳涂料实验室循环盐雾试验后防腐蚀行为研究

目的研究氟碳重防腐涂层在循环盐雾试验后的防护性能。方法开展氟碳涂层的实验室循环盐雾试验,通过电化学阻抗谱、附着力、光泽、色差测试等方法对氟碳涂层的各性能进行分析表征,并使用等效电路图对电化学阻抗谱数据进行拟合,评价涂层在盐雾试验后的腐蚀保护性能。结果循环盐雾试验1440 h后,涂层无失光、变色、粉化等现象,模值由1.42×10^(11)·cm^(2)下降至7.26×10^(10)·cm^(2),下降幅度较小。结论经循环盐雾试验后的氟碳涂层仍具有优异的防护性能。

从连续盐雾试验转向循环盐雾试验

本文叙述了当今世界流行的加速腐蚀试验方法，如ASTM－B117恒定盐雾，Prohesion湿热／干燥循环、由盐雾／高湿组成的多功能循环腐蚀等试验以及进行这些试验的试验箱，并将这些试验方法及结果与天然户外暴露试验进行了比较。

热浸镀Zn-6Al-3Mg合金在循环盐雾环境中的腐蚀行为

通过塔菲尔曲线测试和循环盐雾腐蚀试验对比了热浸镀锌铝镁合金钢(ZM275)和热浸镀纯锌钢(GI275)的耐蚀性。分析了两种材料在盐雾腐蚀不同周期后的宏观形貌、质量损失、微观形貌及腐蚀产物组成。结果表明,ZM275的耐蚀性优于GI275。

循环盐雾环境下SPCC钢腐蚀行为研究

为了研究商用冷轧钢板(SPCC)在循环盐雾腐蚀环境中的腐蚀行为并探究其腐蚀机理,通过GMW14872循环盐雾试验、腐蚀形貌观测及腐蚀失重法考察了SPCC钢的耐蚀性能,并采用光学3D表面轮廓仪对盐雾腐蚀后试样表面的腐蚀深度进行了表征。通过实验结果,对SPCC在盐雾腐蚀环境中的的腐蚀机理进行讨论,并分析腐蚀过程中SPCC钢的腐蚀产物转化对其腐蚀过程的影响作用。结果表明:SPCC钢经过24个循环盐雾过程,宏观腐蚀形貌由腐蚀初期的黑色、橙褐色逐渐转变为土黄色,耐腐蚀性呈现逐渐提升的趋势,腐蚀速率由1.13 mm/a下降到0.62 mm/a;随着腐蚀时间的增加,SPCC钢的腐蚀形态逐渐由点蚀发展为均匀腐蚀,表面腐蚀深度值由36μm增加到108μm;SPCC钢在腐蚀过程中,由于铁素体和渗碳体电位差的驱动引发了局部电偶腐蚀,腐蚀产物由腐蚀前期稳定性较差的Fe(OH)_(3)、γ-FeOOH、β-FeOOH逐渐转化为较为稳定的α-FeOOH,提高了耐蚀性。

基于电阻探针的腐蚀监测系统在循环盐雾试验中的应用

本文通过使用基于电阻探针的腐蚀监测系统对循环盐雾腐蚀试验的过程进行了监测,研究了循环盐雾试验的腐蚀过程,论证了该腐蚀监测系统在循环盐雾腐蚀试验中应用的可行性,并通过与传统金属挂片的对比结果,论述了该腐蚀监测方法的优点。

循环盐雾标准方法

循环盐雾试验是近年来应用逐渐广泛的一种试验方法,较之传统盐雾试验,其与真实环境有着更好的相关性。介绍了循环盐雾试验的常用标准方法,包括涂层材料用标准方法,金属和合金用标准方法,电工电子产品用标准方法和汽车材料用标准方法等。并分析了每种方法的特点,同时指出了标准方法使用中的关注点。

氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能试验

为探究氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能,开展干湿循环(0 d、60 d和120 d)不同沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)的单搭接拉伸剪切试验,研究失效模式和断裂能的变化及影响最大剪应力的因素,结合试验结果推导了考虑干湿循环的界面黏结滑移本构方程,并通过数值模拟验证其有效性。结果表明:随干湿循环进行,表面开槽法失效模式由CFRP断裂破坏转变为剥离破坏;120 d界面断裂能下降量较未开槽法减少60.04%~69.42%;正梯形组120 d最大剪应力相比其他表面开槽形状提升7.18%~9.48%。表面开槽法在氯盐干湿循环作用下具有较好的抗剪性能,建立的界面本构劣化方程适用于氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面黏结性能的分析和模拟。

盐冻循环作用下再生保温混凝土的抗冻性能研究

为研究再生粗骨料取代率对盐冻循环作用下再生保温混凝土抗冻性能的影响,对不同再生粗骨料取代率试件在盐冻循环0~100次下的宏观形貌、微观形貌、氯离子浓度、质量损失率、抗压强度和劈裂抗拉强度等指标进行对比分析。结果表明,盐冻循环100次后,再生粗骨料取代率为0的试件表面未发生明显变化,再生粗骨料取代率为30%和50%的试件表面出现再生粗骨料剥落和少量浆料脱落,再生粗骨料取代率至70%和100%的试件表面出现了贯穿性裂纹和再生粗骨料剥落现象。随着盐冻循环次数从0增加至100,不同再生粗骨料取代率试件的抗压强度和劈裂抗拉强度都呈现减小特征;在相同盐冻循环次数下,再生粗骨料取代率越高则试件的抗压强度和劈裂抗拉强度越小,再生保温混凝土试件的抗压强度和劈裂抗拉强度损失率都随着盐冻循环次数增加而增大。盐冻循环过程中,裂纹先在旧界面薄弱区产生,并随着盐冻循环次数增加而出现裂纹扩展并贯穿至新水泥砂浆中。

盐雾干湿循环作用下基于Wiener过程的钢筋混凝土劣化行为研究

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土结构病害严重问题,通过盐雾与烘干相结合的方法模拟该地区大气环境,对钢筋混凝土进行室内加速腐蚀劣化试验。设置未掺矿物掺合料(P组)、单掺30%粉煤灰(PF组)、单掺30%矿粉(PS组)及15%粉煤灰与15%矿粉复掺(PFS组)4个配合比,采用混凝土相对动弹性模量(Er)和钢筋腐蚀电流密度(icorr)作为性能劣化指标,分别表征钢筋混凝土保护层及内部钢筋在盐雾干湿循环环境下的劣化规律及矿物掺合料掺量、种类对其劣化行为的影响作用。基于钢筋混凝土性能劣化规律研究结果,结合Wiener随机过程对其性能劣化全过程进行描述,并进行可靠性分析。研究结果表明:在盐雾干湿循环作用下,钢筋混凝土内部钢筋及外部混凝土保护层的耐腐蚀性呈现出先强化后劣化的变化趋势,活性矿物掺合料的掺入可以有效抑制其腐蚀劣化速度,其大小关系为:PS>PFS>PF>P;icorr增量与Er增量随时间的变化规律均服从正态分布,即Wiener随机过程可有效描述盐雾干湿循环作用下钢筋混凝土性能劣化全过程;P组可靠度在200 d左右接近于0,而PS组可靠度在400 d左右接近于0,与试验测试结果相吻合。研究结果可为西部盐渍土地区钢筋混凝土结构耐久性设计及低碳长效运维提供理论支撑。

碳纳米纤维混凝土抗盐-冻性能研究

为研究碳纳米纤维混凝土在盐-冻融循环作用下的抗冻性能变化规律,以3.5%NaCl溶液作为冻融循环介质,对4种不同碳纳米纤维(CNFs)质量掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)的混凝土试件进行快速冻融循环试验,通过扫描电镜、X射线衍射和氮气吸附等微观测试手段分析纤维改性机理,并建立冻融损伤模型以评价盐-冻融循环条件下碳纳米纤维混凝土的损伤演化规律。结果表明,CNFs可提高混凝土抗盐-冻性能,改善效果与碳纳米纤维掺量呈正相关,质量掺量为0.3%时抗冻等级及耐久性指数较基准组提高100%。CNFs通过桥接裂缝、控制纳米级裂纹、成核、改善孔结构提高混凝土密实度,进而改善混凝土的抗盐-冻性能。基于不同评价指标建立的冻融损伤模型符合威布尔分布且R2均大于0.9,可用于评价和预测盐-冻融循环条件下碳纳米纤维混凝土损伤情况。

结构型钢纤维对盐-冻融耦合作用下混凝土损伤的影响

为探究钢纤维在氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下对混凝土损伤的影响,对多组不同钢纤维掺量的混凝土试件进行快速盐-冻融循环试验。利用超声波法和激光扫描法分析不同掺量盐-冻融后混凝土损伤的效应,通过分析超声波速变化得到混凝土的盐-冻融损伤度D,并建立D与盐-冻融循环次数n之间的韦布尔分布;利用混凝土表面的粗糙度表征混凝土表面损伤,并研究了不同掺量钢纤维混凝土试件表面在盐-冻融循环作用后粗糙度变化率ΔR的作用,以及ΔR与D的函数关系。结果表明:混凝土盐-冻融损伤随着钢纤维掺量的增加而减小;基于超声波法建立的损伤度D与盐-冻融循环次数之间较好地满足两参数韦布尔分布,决定系数大于0.95;混凝土试件损伤度D随粗糙度变化率ΔR的变化规律满足指数函数关系,决定系数大于0.80。

氯盐干湿环境下迁移型阻锈剂对混凝土内钢筋保护作用的宏微观分析

为了研究迁移型阻锈剂(MCI)对不同氯盐侵蚀程度下混凝土结构的长期保护作用,通过对钢筋混凝土试验梁在质量浓度为5%的NaCl溶液中进行不同周期的氯盐干湿循环试验,以钢筋表面元素及形貌、钢筋保护效率等参数表征MCI对混凝土梁内钢筋的保护效果.结果表明:①对氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀,当MCI用量为400 g/m^(2)时,能为不同阶段、不同锈蚀程度的钢筋提供有效的保护作用.②氯盐干湿环境下,随着初始氯离子含量由0上升到0.169%,MCI的阻锈效率也由98.39%下降至83.12%,故应当先除氯再使用MCI,以保证效率最大化;③阻锈剂可以有效修复钢筋表面钝化膜上的裂缝,并提高混凝土致密度,阻塞有害离子(如Cl^(-))的渗入从而抑制或延缓钢筋锈蚀的发生.上述研究工作可为MCI在沿海混凝土工程中的应用提供依据.

盐蚀/冻融环境下环氧树脂结构胶强度降解机理

为探究盐蚀/冻融循环作用对环氧树脂胶黏剂材料的拉伸、剪切性能的影响,分别开展了40个胶黏剂和40个单搭接接头的盐蚀/冻融循环试验和力学性能试验,分析其力学性能随环境作用时间的变化规律.研究表明,随环境作用时间增加,所有胶黏剂试件失效模式未发生变化,而单搭接接头由内聚破坏和界面脱黏的混合失效模式变为界面脱黏失效模式.胶黏剂试件的拉伸强度总体呈现下降趋势,210次盐蚀/冻融循环后降低了9.2%.水分在单搭接接头界面的扩散速率远大于胶黏剂试件,导致了单搭接接头剪切强度相对于胶黏剂拉伸强度下降更为显著,210次盐蚀/冻融循环后剪切强度降低了60.9%.此外,盐蚀/冻融循环2160次后,胶黏剂拉伸强度保留率约为31.1%,而单搭接接头已失效.

盐雾干湿循环作用下超高韧性水泥基复合材料动态压缩性能试验研究

为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10^(−4)s^(−1)、10^(−3)s^(−1)和10^(−2)s^(−1))的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应力-应变曲线和破坏形貌,分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明:相比于未腐蚀试件,60 d盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度分别提高44.5%、54.4%和62.4%,动态弹性模量分别提高19.4%、15.3%和28.4%,压缩强度的应变率敏感性上升。通过X射线电子计算机断层扫描(XCT)技术发现盐雾干湿循环环境下材料的孔隙率降低,微观结构变得更加密实。

干湿与盐冻交替下聚氨酯砂浆与混凝土界面损伤特性

为分析硫酸盐干湿循环、盐冻循环及两者交替作用下修复材料与混凝土界面耐久性能,通过试验研究聚氨酯砂浆—基底混凝土的表观形貌、质量损失、抗剪强度及剪切破坏形态,对比分析交替作用与单一作用叠加下的质量损失率和抗剪强度损失率,建立交替循环下以抗剪强度为指标的损伤演化方程。试验结果表明,3种不同循环作用中的试件,其表观形貌、质量损失及抗剪强度的损伤程度大小为硫酸盐干湿—盐冻循环交替作用>盐冻作用>硫酸盐干湿作用;试件的剪切破坏形式均为基底混凝土发生破坏;交替作用对界面耐久性的影响>硫酸盐干湿作用和盐冻作用的叠加;所建立的损伤演化方程相关系数R2均在0.9以上,与试验数据吻合较好,精度较高。