带锈碳钢腐蚀电化学特征与数据解析方法

锈层/金属体系是多相多界面复杂腐蚀体系，是当前腐蚀研究重要方向之一。锈层下腐蚀是金属腐蚀发展过程中最主要的、持续时间最长的腐蚀形态。锈层对金属腐蚀影响导致腐蚀电化学行为复杂化。已经发现电化学方法测定的锈层下腐蚀速度偏离失重法测量结果，测定的界面双电层电容等其他参数也偏离合理数值，常规腐蚀电化学方法在锈层体系应用的可靠性受到越来越多的质疑。发展可靠测定和解析锈层下金属腐蚀参数的新的腐蚀电化学方法是当前腐蚀研究的重要课题之一，对可靠进行钢铁长期腐蚀行为监检测、腐蚀寿命评价和腐蚀预测具有重要意义。建议立项研究锈层下碳钢腐蚀电化学研究方法，发展可靠测定锈层下碳钢腐蚀电化学参数的新测试技术和数据解析方法，为锈层覆盖复杂体系腐蚀过程研究，腐蚀监检测，腐蚀控制和腐蚀行为预测提供有效工具，为完善和发展复杂体系腐蚀行为理论和研究方法提供成果。

采用失重法和多种电化学方法（包括极化曲线、线性极化法、电化学阻抗技术和恒电位阶跃法）研究了碳钢在静态海水和动态海水中的长期腐蚀规律，结果发现在静态海水中电化学方法测定的8周以下短期浸泡的腐蚀速度与失重法持续下降变化趋势一致，数值相近；而8周以上长期浸泡的腐蚀速度与失重测定结果相比逆转增加产生偏差，并随时间逐渐增大。在动态海水中电化学方法与失重法从浸泡初期开始变化趋势就完全相反，时间越长数值相差越大。.为了探寻电化学方法测定的腐蚀速度产生偏差的原因，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、氮吸附(BET)等技术研究了锈层的形貌、结构、组成及各种锈层组分的物理化学性质，结果表明产生偏差的主要原因是当金属/锈层界面间的电位正移到某一电位值时，在金属表面会形成一层黑色的比较致密的内锈层，其中含有具有较高电化学活性的β-FeOOH，当进行电化学极化测试时发生阴极反应而增加了阴极反应速度，导致测定的腐蚀速度数值偏高。.为了进一步证实β-FeOOH的生成与电位有关，采用扫描微电极技术(SMET)和丝束电极技术(WBE) 研究了碳钢在海水中阴极区和阳极区的分布特征和随时间的变化情况，通过对腐蚀产物的分析说明了腐蚀产物的组分与电位分布的相关性。同时采用电化学极化的方法控制了锈层的生成条件，结果证实β-FeOOH确实是在电位（数值）比较正的条件下生成。.因此，为了使用电化学方法测定锈层碳钢的腐蚀行为，测定了除氧条件下阴极反应速度，即锈层还原速度，然后将其从总阴极反应速度中扣除，获得无锈层参与的阴极反应速度。结果表明，采用这一方法修正的腐蚀速度与失重测试结果数值和变化趋势一致，证实这是一种有效可行的锈层碳钢腐蚀速度补偿型电化学测试方法。