静水压力对深海用钢腐蚀行为影响研究

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海洋环境有着丰富的铁、钨、铜、金、煤、石油、天然气、可燃冰等资源,这些资源是是人类实现可持续发展的重中之重。深海区域是海洋资源开采中的主要领域,在对深海中的资源进行开发时,保证工程设备在深海区域的安全运转是必须的。然而金属材料在深海环境中的腐蚀失效机制并不明确,这对深海环境中服役的工程设备材料的开发与选取造成了巨大的挑战。因此研究金属材料在深海环境中的腐蚀行为机制对保证深海工程设备的安全运转及完善金属材料在深海极端环境中腐蚀的理论有着重大的意义。深海环境与浅海环境相比最为突出的特点是静水压力,因此本文主要通过自主搭建的高压釜来模拟深海环境,研究不同静水压力及浸泡时间对EH40钢、吉帕钢及304不锈钢腐蚀行为的影响。利用红外光谱、拉曼光谱等手段对浸泡后金属生成的腐蚀产物的成分进行表征;利用扫描电子显微镜对腐蚀之后试样腐蚀产物的表面形貌进行了表征;在试样浸泡时利用电化学工作站对试样的电化学行为进行了表征。本文取得的主要进展如下:研究了EH40钢的腐蚀行为随静水压力的变化。结果表明,EH40钢的腐蚀速率随静水压力的增加而增加。静水压力达到10MPa时,试样腐蚀产物表面出现裂纹,且腐蚀产物中Fe3O4的含量也随之增加,Fe3O4能够与基体形成电偶,促进了金属基体的溶解,导致了EH40钢的腐蚀速率的增加。研究了10MPa的静水压力下吉帕钢的腐蚀行为随浸泡时间的变化。结果表明,吉帕钢的腐蚀速率随浸泡时间的增加而减少。随浸泡时间的增加腐蚀产物中α-Fe OOH的含量增加,且α-Fe OOH覆盖于腐蚀产物表面,能对基体产生保护,所以吉帕钢的腐蚀速率随浸泡时间增加而减小。研究了不同静水压力下304不锈钢钢的腐蚀行为随静水压力的变化。结果表明,静水压力提高了304不锈钢的腐蚀速率。随着静水压力的提升,氯离子活度与渗透能力的增加,加速了氯离子对304不锈钢钝化膜的破坏,304不锈钢腐蚀速率随静水压力的提高而升高。研究了Ni、Cr元素在深海环境中对金属腐蚀行为的影响。结果表明,Ni与Cr通过改变腐蚀产物的组成,提高了试样的耐腐蚀性能。Ni可以促进α-Fe OOH在腐蚀产物中的生长,Ni含量高的吉帕钢腐蚀产物中有着大量的α-Fe OOH,抑制了腐蚀的进行。Cr通过形成Cr2O3与Cr(OH)3等致密相组成钝化膜,能够将试样与腐蚀性溶剂隔离,降低金属的腐蚀速率。
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