随着我国海洋资源开发以及战略部署步伐的加快,我国在南海建设过程中发现,基础设施材料以及部署在该海域岛屿上的战机都面临着严重的盐雾腐蚀,气候环境对材料造成的破坏远高于其他海洋地区。到目前为止该地区材料的腐蚀数据十分缺乏。碳钢材料作为基础设施材料中应用最广泛的材料之一,常作为暴晒试验的对比材料及环境腐蚀性等级评价的主要材料。因此碳钢在南沙大气环境中暴晒后所得的腐蚀数据极为重要,为环境腐蚀性等级的评价提供重要的依据,也为室内加速腐蚀试验的开展提供参考。南沙海洋大气环境是具有高温、高湿、高盐和强辐照等特点的热带海洋大气,气候环境严酷且极具代表性。温度、湿度和沉积盐作为最主要的腐蚀影响因子受到很多学者的广泛关注。目前已有的研究中,关于不同湿度和盐浓度对碳钢腐蚀行为的影响研究较多,关于紫外辐照对碳钢腐蚀行为的影响也引起了少数学者的关注,而关于紫外辐照与温度之间的协同作用以及紫外辐照强度对碳钢腐蚀行为影响的研究少之又少。此外,对比其他地区海水成分中的阳离子组成发现,南海海水成分中除富含大量的Na+外,还含有大量的K+和Mg2+。众所周知,大气中盐颗粒的成分与海水的成分密切相关,从而使得南沙海洋大气中富含Cl-和多种阳离子。其中,关于Na+,K+和Mg2+对碳钢腐蚀行为分别有哪些影响值得关注。因此,本文根据南沙海洋大气环境的特点,以碳钢作为研究对象,采用失重法、宏观形貌观察法、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、白光干涉、表面粗糙度和电化学等分析手段,分别对碳钢在南沙海洋大气环境中暴晒后的腐蚀情况、紫外辐照与温度的协同作用、紫外辐照强度以及不同金属阳离子对碳钢腐蚀行为的作用机理进行研究。研究结果表明:户外暴晒过程中,Q235和Q450NQR1腐蚀速率随暴晒时间的延长先逐渐增大后减小,耐候钢Q450NQR1暴晒5个月后的耐蚀性明显比Q235好。随暴晒时间的延长,Q235和Q450NQR1表面锈层的宏观颜色逐渐加深;腐蚀电流先增大,后减小。而Q235和Q450NQR1锈层的组成成分相同,Q235的保护性指数(Protective ability index,以下简称PAI)在暴晒21个月时最大,Q450NQR1的保护性指数PAI在暴晒12个月时最大。随着腐蚀的不断进行,碳钢的强度和塑性均有较大程度的变化。暴晒12个月后,两种钢的强度和塑性明显下降。根据ISO 9223判定,南沙大气环境的腐蚀性等级分类为CX级。这种极强的腐蚀性等级,与环境因子密切相关。其中,温度对碳钢腐蚀速率、锈层表面的形貌和腐蚀产物的成分组成都有较大的影响。当环境大气温度从30℃升高到60℃的过程中,腐蚀失重增长率可高达222%。温度从30℃升高到45℃时的腐蚀失重增长率高于温度从45℃升高到60℃时的腐蚀失重增长率。温度较低(30℃)时,锈层相对平整,温度升高到45℃以上时,锈层截面的厚度不均匀,局部凸起。随温度的升高,碳钢表面锈层的组成成分中γ-FeOOH的相对含量逐渐减少,阴极极化电流密度逐渐增大,点蚀坑深度逐渐加深。恒温环境中外加紫外辐照后,紫外辐照对碳钢腐蚀失重的影响与温度密切相关,温度越高,紫外辐照对碳钢的腐蚀失重影响越大。即紫外辐照对碳钢腐蚀行为的影响与温度相关。不同的季节,不同的暴晒时间,紫外辐照强度均有所不同,当紫外辐照强度增大到一定程度时,腐蚀速率明显增大。且随着腐蚀时间的延长,紫外辐照强度越大,表面粗糙度越大。锈层的厚度不断增加;在不同紫外辐照强度的大气环境中,碳钢表面形成的腐蚀产物组成成分相同,只是不同晶型FeOOH之间的转化随着紫外辐照强度的变化而发生变化。在无沉积盐的情况下,紫外辐照强度对碳钢腐蚀行为的影响不大,即紫外辐照强度对碳钢腐蚀行为的影响与碳钢表面的沉积盐的量有关。南沙海洋大气环境中含量较多的金属阳离子Na+,K+和Mg2+对碳钢腐蚀行为均有较大的影响。在含K+和含Mg2+的大气环境中,碳钢的腐蚀速率比含Na+的大气环境中的腐蚀速率大,尤其是在含Mg2+的大气环境中。由于β-FeOOH的相对含量最多,促进碳钢的溶解,加速电化学反应进程,从而加快碳钢的腐蚀过程。因而,造成该地区环境腐蚀性等级极高的原因是大气中高温和高紫外以及沉积盐中Na+,K+和Mg2+的共同作用。