轻轨用钢在模拟酸雨溶液中的腐蚀行为研究

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酸雨作为人类当今面临的三大环境问题之一,不仅对生态环境造成了严重的破坏,而且也被证实能够明显加速材料的腐蚀破坏进程。随着城市化进程加快,为了缓解城市交通压力,快速轨道交通——铁路或轻轨特有的优势成为近年来开发建设的新型公共交通方式。然而,目前大多数钢轨都常年暴露在大气雨水环境下,受到严重的大气腐蚀。由于重庆地形特殊性轻轨轨道未采用传统的钢轨,而采用混凝土轨道。混凝土轨道间用金属质地的指型板——螺栓(35CrMn)来连接板座(35钢)与混凝土,指型板板面(Q235)直接放在板座上。经调查发现,轻轨轨道指型板部分的钢材腐蚀严重。因此,如何减缓指型板受到的酸雨腐蚀是一个保障轻轨线路运行安全、降低轻轨后期维护成本的重要课题,本文研究轻轨建设中广泛应用的Q235,35钢以及35CrMn钢在模拟酸雨中的腐蚀行为,以期为轻轨选材和防腐措施提供参考。   利用极化曲线、电化学交流阻抗(EIS)及扫描电镜(SEM)方法研究了轻轨用钢—35CrMn钢、35钢和Q235三种钢在模拟酸雨溶液中的腐蚀行为,探讨了溶液pH、溶液中侵蚀性阴离子以及干湿交替浸泡时间对轻轨钢腐蚀行为影响,并用EDS及XRD分析了三种钢锈层成分。结果表明:随着溶液pH的减小,三种钢的自腐蚀电流均逐渐增加,自腐蚀电位负移;随着干湿交替浸泡时间的延长,钢表面生成的锈层聚集较多,腐蚀膜阻抗变大,腐蚀速率降低,腐蚀产物对基体具有一定的保护作用;增加Cl-,SO42-侵蚀性阴离子浓度使三种钢的极化电阻均变小,腐蚀电流密度增大,促进了钢的阳极溶解,但NO3-却表现了相反的变化趋势;SEM、EDS及XRD分析表明三种钢锈层相成分相近,但35CrMn锈层中含较多的致密α-FeOOH,对基体有更好的保护作用,降低腐蚀速率。通过量子化学计算软件Material Studio(MS)的Dmol3模块计算氯离子在Fe(111)面的顶位,桥位和空位三个不同吸附位的能量及电子态密度,结果表明氯离子在Fe(111)面的吸附能都大于40KJ,属于稳定的化学吸附,在顶位的吸附能相对较大,说明其与金属表面的某一位置的吸附最强。这与实验相符合,大量的实验证明Cl-具有强烈穿透力,容易使金属发生点蚀作用,从而促进了铁的阳极溶解,腐蚀速率增大。
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