典型大气环境中金属腐蚀的影响因子及锈层演化机制的研究

在过去研究的基础上，选择我国典型严酷的大气环境，采用现场试验与实验室试验相结合、电化学测量技术与近代微观表面分析技术相结合的方法，进一步深入研究湿热海洋大气、工业城市大气、工业酸雨大气和盐渍沙漠大气中主要环境因子的作用，阐明温度/相对湿度、大气腐蚀临界相对湿度、润湿时间、干/湿时间间隔、污染物种类（氯离子、二氧化硫、氯离子+二氧化硫等）及浓度等因素对金属腐蚀初期产物的形成、中后期锈层的演化及其对腐蚀动力学规律的影响以及合金元素在界面反应中的作用机制；阐明锈层组成、结构变化、各类单一环境因子及其耦合作用对不同阶段大气腐蚀动力学的贡献及其对幂函数方程因子A和n的影响。完善大气环境中金属腐蚀的电化学检测和图像识别技术，建立典型金属材料的模拟加速腐蚀试验结果与大气暴露试验结果的相关性，为新型耐候材料开发和大气腐蚀寿命预测以及定量评估技术提供科学依据。

本项目是在充分分析我国在本研究领域近二十年取得的研究成果和发展动态以及目前存在的重要科学问题而提出的。在以往研究基础上，注意利用学科交叉可能产生的优势，将材料腐蚀后的分析测试与实时监测技术相结合，从不同角度进行深入系统研究。.选择典型的湿热海洋大气、工业城市大气、工业酸雨大气和盐渍沙漠大气环境，有针对性的进行短周期和 （或）长周期的试验。系统研究了典型环境中主要因子对典型金属腐蚀的作用规律和初期腐蚀产物的形成与发展规律，尤其是钢的大气腐蚀锈层演化规律。取得如下主要创新性结果：（1）首次发现铝合金和不锈钢等相对耐蚀的材料在盐渍沙漠大气环境中的腐蚀问题反而比普碳钢的更为突出。耐候钢在盐渍沙漠大气环境中早期腐蚀主要生成β-FeOOH，其含量与环境中的氯离子密切相关。阐述并证实了主要沉积盐MgCl2中Mg元素在铝合金腐蚀过程中的作用， 形成一种层状双金属复合氢氧合物 [Mg1-xAlx(OH)2]x+(Cl-,CO32-)x•mH2O (LDH)。这也改变了以往认为Mg元素最终以Mg(OH)2沉淀析出的观点。（2）发现碳钢在工业城市大气环境中初期的腐蚀过程是由局部腐蚀起源，以孔蚀和丝状腐蚀的形式进行扩展。钢大气腐蚀初期的动力学行为并不是以往人们认为的n小于1的幂函数规律D=Atn，而是分段曲线，并且在锈层形成的某个时间段内存在腐蚀加速、减缓与再加速的转换期。（3）阐明了钢在湿热海洋大气环境中首先生成的是γ-FeOOH，在氧气充足的情况下，γ-FeOOH可进一步转化成α-FeOOH；如果环境中存在足够量的Cl-， γ-FeOOH进一步转化成β-FeOOH。充分论证了在含氯的干湿交替环境中β-FeOOH形成的必要与充分条件。开发出MnCuP耐候钢并指导投产。（4）构建了新型的金属材料大气环境腐蚀的三维数字图像系统；研制了可用于测试金属构件表面不同区域腐蚀程度与状态的腐蚀监测传感器；建立了多种模拟典型金属材料在典型大气环境下的加速腐蚀试验方法，将相对成熟的技术和方法形成专利以及向标准转化。.撰写专著1本；发表期刊论文57篇（SCI收录41篇），会议论文30篇；申请专利31项（已授权15项）；制定国家标准5项。研究成果，有助于深入理解金属锈层初期生长与发展规律，促进学科发展，推动新钢种开发；对设备和材料的在特定环境中的可靠使用和有效防护具有指导作用。