一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法与流程

1.本发明涉及一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法，属于环境模拟试验技术领域。


背景技术：

2.在海洋资源的开发和利用过程中，钢材扮演着不可或缺的角色，如潮流发电、海水发电、海水温差发电设备及海滨大型跨海桥梁，与海洋开发相关的海底容器，用于资源开发的各种大型海洋构件以及造船用钢等领域中均离不开钢，海洋环境复杂而苛刻，暴露于其中的钢铁设备会受到严重的腐蚀，海水用钢的耐腐蚀性能是评价钢种我国的一项重要指标，通过对耐腐蚀性能的研究可以了解刚到适应性及合金元素的耐蚀效应，进而指导并优化钢种的化学成分设计，因此，有必要对海水用钢进行不同情况的腐蚀性能检测。


技术实现要素：

3.针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法，能够模拟海水环境下钢材的腐蚀情况，分析并得到相应的数据，为优化钢材提供参考依据。
4.本发明的技术解决方案是这样实现的：一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法，包括如下步骤，
5.s01，按照实验要求准备钢材试样，并剪切至要求尺寸大小；
6.s02，将钢材试样一端焊接导线，打磨光滑后用环氧树脂封固；
7.s03，对钢材试样进行清洗，使用蒸馏水、无水乙醇、丙酮依次对钢材试样进行清洗，完成后对其进行干燥处理，得到裸钢试样；
8.s04，海水取样，并采用多参数水质检测仪测定得到取样海水的水质参数；
9.s05，将裸钢试样放入取样的海水中，得到全浸没试样和干湿交替浸没试样；
10.s06，进行极化性能分析，采用恒电位仪和测试软件分析得到极化曲线；
11.s07，对裸钢试样、全浸没试样和干湿交替浸没试样极化后的锈层形貌及成分进行分析；
12.s08，对极化曲线拟合得到腐蚀电流密度；分析锈层形貌及成分得到三种钢材试样在海水中腐蚀的形貌图以及对应的xrd图；
13.s09，综合得到的腐蚀电流密度、形貌图和xrd图，分析总结钢材试样在海水环境下的耐腐蚀性能。
14.优选的，所述钢材试样的尺寸要求为30
㎜
x20
㎜
x3
㎜
。
15.优选的，在对钢材试样进行打磨时，使用水砂纸逐级打磨至镜面光亮。
16.优选的，所述全浸没试样为浸没于取样海水中并持续浸泡10天以上的裸钢试样。
17.优选的，所述干湿交替浸没试样为将裸钢试样周围用蜡封固，滴一滴取样海水，在空气中自然干燥，12小时后，再滴一次，反复操作持续10天以上得到的裸钢试样。
18.优选的，在极化性能分析时，采用三电极体系，工作电极为裸钢试样、全浸没和干湿交替浸没试样；辅助电机为pt电极，参比电极为饱和甘汞电极。
19.优选的，所述极化曲线分析时，采用强极化曲线扫描范围为-350～350mv，扫描速度为1.0mv/s；采用弱极化曲线扫描方位为-100～100mv，扫描速度为0.5mv/s,温度为26℃。
20.优选的，在步骤s08中，采用扫面电镜观察三种钢材试样锈层形貌并得到形貌图；采用x射线衍射仪分析三种钢材试样其成分，阳极为cu靶，功率为5kw,扫描范围为10
°
～80
°
，扫描速度为5
°
/m i n,步长为0.03
°
。
21.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
22.本发明的一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法，通过将钢材试样置于海水环境下，模拟不同情况下海水对钢材试样的腐蚀情况，采用设备仪器分析并得到相应的数据，总结归纳相应的参数数值，为优化钢材提供参考依据。
附图说明
23.下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
24.附图1为本发明的一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法的流程示意图；
25.附图2为本发明的dh36钢的化学成分图；
26.附图3为本发明的取样海水的水质参数图；
27.附图4为本发明的3种试样在海水1、海水2中的强极化曲线；
28.附图5为本发明的3种试样在海水1、海水2中的弱极化曲线；
29.附图6为本发明的弱极化曲线拟合后得到的腐蚀电流密度；
30.附图7为本发明的dh36钢在2中海水中腐蚀产物的sem形貌图；
31.附图8为本发明的dh36钢在2种海水中腐蚀产物的xrd谱。
具体实施方式
32.下面结合附图来说明本发明。
33.如附图1所示为本发明所述的一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法，包括如下步骤，
34.试样制备
35.按照实验要求准备钢材试样，如基材为dh63钢，并剪切至要求尺寸大小为30
㎜
x20
㎜
x3
㎜
、40
㎜
x40
㎜
x3
㎜
或者10
㎜
x10
㎜
x2
㎜
其中一种，dh36钢的化学成分见附图2；将钢材试样一端焊接导线，使用水砂纸逐级打磨至镜面光亮后用环氧树脂封固；对钢材试样进行清洗，使用蒸馏水、无水乙醇、丙酮依次对钢材试样进行清洗，完成后对其进行干燥处理，得到裸钢试样；将裸钢试样放入取样的海水中，得到全浸没试样和干湿交替浸没试样，所述全浸没试样为浸没于取样海水中并持续浸泡10天以上的裸钢试样；所述干湿交替浸没试样为将裸钢试样周围用蜡封固，滴一滴取样海水，在空气中自然干燥，12小时后，再滴一次，反复操作持续10天以上得到的裸钢试样；
36.腐蚀环境模拟
37.海水取样，海水样品可以是从海中取回的自然海水，也可以是根据自然海水成分分析后配置的人工海水，我国东南沿海海水主要成分为：nacl 26.518g/l，mgso
4 3.305g/
l，mgcl
2 2.447g/l，cacl
2 1.141g/l，kcl 0.725g/l，nahco
3 0.202g/l，nabr 0.083g/l,渗透压1300mmol/l，ph 8.2，密度1.05-1.06g/ml；并采用多参数水质检测仪测定得到取样海水的水质参数，见附图3；进行极化性能分析，采用三电极体系，工作电极为裸钢试样、全浸没和干湿交替浸没试样；辅助电机为pt电极，参比电极为饱和甘汞电极，采用恒电位仪和测试软件分析得到极化曲线，分析时，采用强极化曲线扫描范围为-350～350mv，扫描速度为1.0mv/s，相对于开路电位；采用弱极化曲线扫描方位为-100～100mv，相对于开路电文，扫描速度为0.5mv/s,温度为26℃；对裸钢试样、全浸没试样和干湿交替浸没试样极化后的锈层形貌及成分进行分析；对极化曲线拟合得到腐蚀电流密度；分析锈层形貌及成分得到三种钢材试样在海水中腐蚀的形貌图以及对应的xrd图，采用扫面电镜观察三种钢材试样锈层形貌并得到形貌图；采用x射线衍射仪分析三种钢材试样其成分，阳极为cu靶，功率为5kw,扫描范围为10
°
～80
°
，扫描速度为5
°
/min,步长为0.03
°
；综合得到的腐蚀电流密度、形貌图和xrd图，分析总结钢材试样在海水环境下的耐腐蚀性能。
38.根据图4所示，钢材在海水1中阴极过程出现平台区，表示出溶解氧的极限扩散特征，阳极极化下铁表面发生由电荷转移控制的电化学溶解，2种海水中的电化学阻滞都很小，阳极电流迅速增大；在海水2中阴极极化时也表现出溶解氧的极限扩散特征，但是没有海水1中明显；全浸没试样和干湿交替浸没试样阴极过程的溶解氧还原的极限扩散控制特征基本消失，而受腐蚀产物还原为主的电荷传递控制，阳极极化行为表现出一定的钝化特征。
39.图6为弱极化曲线拟合后得到的腐蚀电流密度，由图6可以看出，dh36钢在2种海水中的腐蚀速率相差不大，全浸没试样的腐蚀速率远大于裸钢试样的，干湿交替浸没式样的腐蚀速率远大于全浸没试样的，这可能是由于干湿交替下dh36钢生成的腐蚀产物较多，锈层自身氧化剂的作用使阴极电流变大，全浸没试样的腐蚀速率大于刚刚浸泡于海水中的裸钢试样，是由于全浸没试样浸泡时间较短，dh36钢表面并未形成保护性锈层所致，2中介质中，全浸没试样腐蚀速率基本一致，干湿交替时的腐蚀速率海水1中的略大于海水2中的，钢铁在2中海水介质中的干湿交替腐蚀速率是全浸没的2-4倍。
40.图7为dh36钢在2中海水中腐蚀产物的sem形貌，从图7可以看出，全浸没的腐蚀产物呈小片状结晶堆积的簇状结构，疏松、有大量的孔洞；干湿交替时的腐蚀产物覆盖了绝大部分钢铁基体，但结构不致密，呈碎裂的层状或小片状，dh36钢上还有结块现象，这可能是镁保护层，但其结构依然不致密，有大量的孔洞。
41.图8为dh36钢在2种海水中腐蚀产物的xrd谱；从图8可以看出，全浸没的dh36钢腐蚀产物以γ-feooh为主，含有少量α-feooh、fe3o4、feocl等；干湿交替的腐蚀产物以fe3o4和γ-feooh为主，含有少量α-feooh、β-feooh、feocl等，因此，可以很好地解释干湿交替的dh36钢腐蚀速率是全浸没试样腐蚀速率的2-4倍的原因：全浸没的腐蚀产物以疏松多孔的γ-feooh为主，干湿交替的腐蚀产物以层状或小片状的fe3o4和γ-feooh为主；在湿润的情况下，金属为阳极区，锈层为阴极区，锈层缝隙里的电解质溶液构成连接阴阳极的离子通道，阳极反应为钢铁基体的腐蚀，且cl-通过锈层孔洞的电解质溶液到达基体，破坏钢铁表面的防护膜，加速基体的腐蚀；全浸没的极化类似于裸钢的极化，基本不存在腐蚀产物的氧化还原，fe3o4含量很少，干湿交替的腐蚀产物较多，锈层自身氧化剂的作用使得阴极电流变大；腐蚀产物的氧化还原就是fe3o4和γ-feooh的氧化还原反应，在潮湿阶段，fe3o4氧化为
γ-feooh，在干燥阶段，γ-feooh转化为fe3o4，fe3o4作为良导体，构成电子通路，加速了腐蚀的发生；feocl、β-feooh等腐蚀产物在全浸没和干湿交替时都已出现，这些是不稳定的中间产物，均是在含氧和cl-环境中典型的中间产物。
42.本发明的一种模拟海水环境下钢材腐蚀性能的检测方法，通过将钢材试样置于海水环境下，模拟不同情况下海水对钢材试样的腐蚀情况，采用设备仪器分析并得到相应的数据，总结归纳相应的参数数值，为优化钢材提供参考依据。
43.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。