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不锈钢暴露在较苛刻的大气环境下(含氯化物),大气腐蚀就会发生。常用金属材料在我国西部盐湖大气环境中的腐蚀研究调查表明,碳钢、耐候钢在盐湖大气环境中表现出较低的腐蚀速率,而具有良好耐蚀性的铝合金、不锈钢等钝化金属的腐蚀情况却异常严重,腐蚀速率甚至高于多数沿海地区及酸雨地区。目前关于不锈钢大气腐蚀的研究主要集中在海洋大气环境,前人针对温度、相对湿度、湿润时间和沉积盐等环境因素对不锈钢大气腐蚀的影响开展了大量的研究,然而不锈钢在盐湖大气环境中的腐蚀数据相对匮乏,鲜有报道。与海洋大气环境不同,盐湖大气环境干燥,年平均湿度在50%以下,甚至低于30%,因此盐的吸湿性质将对金属在盐湖大气环境下的腐蚀行为产生重要影响。盐湖地区污染物主要是MgCl2且存在少量NaCl,由于混合盐的吸湿性质与单一盐吸湿性质存在明显的不同,因此,有必要查明MgCl2及NaCl混合盐对不锈钢在盐湖大气环境中腐蚀行为的影响,然而该部分研究尚未见报道。此外,盐湖地区含有较强的紫外辐照,目前已有的关于紫外辐照对不锈钢腐蚀行为影响的研究主要集中在溶液中,然而针对紫外辐照及紫外辐照强度对不锈钢在盐湖大气环境中腐蚀行为影响的研究尚未见报道。综上,本文开展了不锈钢在盐湖地区的户外暴露试验,并根据盐湖大气环境的特点构建了室内模拟盐湖大气环境体系,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学测试、激光共聚焦显微镜(LSCM)和白光干涉(WLI)等分析方法,针对不锈钢在盐湖大气环境暴露后的基本腐蚀规律,污染物MgCl2对不锈钢腐蚀行为的作用机理,以及MgCl2和NaCl混合盐及紫外辐照等环境因素对不锈钢腐蚀行为的影响机制进行了深入探讨。主要研究成果如下:(1)户外暴露实验表明:316L不锈钢在盐湖大气环境中暴露前4年腐蚀速率较快,4年后腐蚀速率趋于稳定。和上表面相比,不锈钢的下表面腐蚀更严重,主要是由于下表面沉积了较多的灰尘且不易被风雨去除。腐蚀产物对不锈钢后续腐蚀行为具有重要的影响,随着暴露时间的延长,腐蚀产物中Cr氧化物相对含量的增加可以提高腐蚀产物的保护性,从而导致316L不锈钢在暴露后期腐蚀速率逐渐降低。不锈钢表面形成点蚀坑的数量和深度都逐渐增加,且最大点蚀坑深度和点蚀坑密度均随暴露时间延长呈幂函数增加。(2)由于MgCl2和NaCl的潮解相对湿度(DRH)和风化相对湿度(ERH)存在差异,导致304不锈钢在MgCl2沉积(模拟盐湖大气环境)条件下腐蚀更严重。304不锈钢在MgCl2沉积条件下表面形成一种黄色同心圆的特殊腐蚀形态,主要与腐蚀过程中Mg(OH)2的形成抑制了 OH-向阳极区域的扩散和迁移有关。在MgCl2沉积条件下,304和316不锈钢表面均检测到了一种特殊的腐蚀产物(Mg6Fe2(OH)16(CO3)(H2O)4.5)0.25,这是一种层状金属复合氢氧化物(LDH),表明盐湖大气中的污染物MgCl2参与了腐蚀产物的形成,并对不锈钢在盐湖大气环境中的腐蚀行为产生重要的影响。在MgCl2沉积条件下,304和316不锈钢腐蚀速率均呈现由加速向减速转变的特点,主要与表面腐蚀产物的保护性有关。304和316不锈钢表面均形成了浅盘状的点蚀坑形态,且最大点蚀坑深度均随腐蚀时间增加呈幂函数增加。(3)在单一 MgCl2沉积和MgCl2-NaCl混合盐沉积条件下316不锈钢表面形成的腐蚀产物中均含有LDH。316不锈钢在MgCl2-NaCl混合盐沉积条件下的腐蚀速率大于在单一 MgCl2或单一 NaCl沉积条件下的腐蚀速率,且当MgCl2和NaCl混合盐的混合比例为1:3时,316不锈钢的腐蚀速率达到最大。这主要是因为在干湿循环过程中,在MgCl2-NaCl混合盐沉积条件下316不锈钢表面有较多的NaCl晶体析出形成屏障,有利于形成更具有侵蚀性的局部腐蚀环境,导致更多点蚀坑形成,从而使不锈钢表面钝化膜的破坏面积增加,腐蚀速率增大。316不锈钢在MgCl2-NaCl混合盐沉积条件下表面形成的点蚀坑的宽度小于在单一MgCl2沉积条件下点蚀坑的宽度,这主要与NaCl晶体的析出导致点蚀坑阴极氧还原面积的减小和溶液产生较大的IR降有关。(4)紫外辐照对316不锈钢在模拟盐湖大气环境中的腐蚀有明显的抑制作用,当紫外辐照强度从0.25 mW/cm2增加到2 mW/cm2时,紫外辐照对腐蚀的抑制作用呈现先增大后减小的变化趋势,其中当紫外辐照强度为0.5 mW/cm2时,紫外辐照对不锈钢腐蚀的抑制作用最强。紫外辐照及紫外辐照强度的变化均未改变316不锈钢表面形成腐蚀产物的成分,但改变了腐蚀产物各成分的相对含量,表现为促进Cr2O3的形成,抑制Cr(OH)3的形成,且[Cr]/{[Cr]+[Fe]}比例随着紫外辐照强度的增加先增大后减小,更高的[Cr]/{[Cr]+[Fe]}比例可以提高腐蚀产物对316不锈钢的保护性。紫外辐照强度在0.25~2mW/cm2的范围时,316不锈钢表面形成的最大点蚀坑深度和点蚀坑密度均随着紫外辐照强度的增加先减小后增大。紫外辐照对316不锈钢腐蚀的抑制作用与半导体腐蚀产物的光伏效应有关。其中,n型半导体(如FeOOH)和p型半导体(如Cr2O3)等腐蚀产物对316不锈钢在紫外辐照下的腐蚀过程起到相反的影响作用。