大气环境中材料薄液膜腐蚀的电化学基础理论研究

采用微电极技术、虚拟电化学仪器技术、扫描探针和数值模拟计算等新技术和新方法，结合宏观电化学和微区电化学技术，开展模拟大气环境中碳钢、铝合金和铜等典型金属材料薄液膜下的腐蚀电化学基础理论研究。重点研究薄液膜下材料表面的电流、电位分布规律及其腐蚀电化学机制，奠定电化学监检测理论基础，特别是电化学噪声和微区电化学联合的测试方法；探讨环境因素对材料失效过程和电化学行为影响机制，研究薄液膜动态性和分散性特征对材料表面结构和性能的影响规律，建立并求解动态和分散薄液膜下电化学动力学过程理论和模型；结合断裂力学实验方法，研究薄液膜下金属应力腐蚀的电化学-力学交互作用，阐明大气环境因素对典型金属材料应力腐蚀行为的影响规律，明晰薄液膜下材料应力腐蚀机制。.该课题不仅能够丰富和深化材料的薄液膜腐蚀电化学理论，发展薄液膜下材料腐蚀监检测方法，而且对大气环境中金属构件的安全使用及其寿命预测具有重要的实际意义。

金属材料在大气环境中的腐蚀失效过程是典型薄液膜下的电化学行为，因此开展薄液膜下金属腐蚀电化学研究对于深入认识金属材料在大气自然环境中失效机制和发展腐蚀电化学具有重要的科学意义。该重点项目根据金属材料薄液膜下腐蚀发生发展过程，设立静态薄液膜下的腐蚀电化学检测方法、动态和分散薄液膜的表征及其腐蚀电化学行为和薄液膜化学与力学的交互作用等三个子课题，并开展研究工作，取得如下研究成果。.课题组应用倒置参比电极等设计了薄液膜研究装置，发展薄液膜下电化学阻抗谱模型和电化学电流/电位噪声的检测与分析方法，建立混沌理论在薄液膜下腐蚀的应用，深入研究了纯铜、铜合金、碳钢、907钢和镁合金等典型金属的腐蚀过程，获得了相对湿度、液膜厚度和侵蚀性阴离子等因素对金属腐蚀过程的电化学行为的影响及其可能的机制。金属表面液相状态的变化主要表现为液膜厚度、浓度的动态改变以及液相分散程度的变化。课题组还研究液膜浓度动态变化对碳钢初期腐蚀行为的影响，明确了活性腐蚀产物在干湿循环过程中的转化及对碳钢腐蚀过程的促进作用。碳钢的腐蚀速度与液相分散程度成正比，并建立了相关理论模型，进一步提出液滴铺展因子参数，随着铺展因子的增加，局部腐蚀强度指数逐渐增大，碳钢腐蚀强度增加。同时，针对典型金属材料在薄液膜下的应力腐蚀敏感性问题研究匮乏，课题组通过室外暴露试验、室内模拟试验和微区电化学测试等，利用力学计算、电化学测量、形貌观察和产物分析等方法，获得了酸性或海洋大气环境因素对铝合金、低合金高强钢、镁合金等金属应力腐蚀行为的作用规律。围绕裂尖应力场分布对腐蚀电极过程的作用机制，采用微区电化学测试技术，研究了薄液膜体系下，应力和腐蚀共同作用对金属电极电位、点蚀形核、裂纹萌生、氢致开裂等的影响规律。以高强铝合金为重点，采用应力场分析、电极过程模拟等数值分析方法，阐述了大气环境中高强铝合金应力腐蚀的理论模型，该方法已在镁合金和低合金高强钢中得到验证。.以上研究内容和结果共发表SCI学术论文近40篇，出版专著一本，已经初步形成薄液膜下金属腐蚀电化学，也为工程构件的安全评定奠定理论基础并具有工程应用前景。