南海环境下稀土掺杂对高强钢耐蚀性的影响

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发展具有我国资源优势的海洋工程稀土微合金高强钢对促进我国海洋工程装备产业的发展具有重要意义。其中,腐蚀失效是影响材料服役寿命的关键问题之一。然而,关于稀土微合金高强钢腐蚀机理的研究远远不够,甚至是尚未涉及。稀土微合金高强钢在海洋环境下的腐蚀行为是以局部腐蚀为先导、局部腐蚀扩散合并进而形成的全面腐蚀。本文首先通过动力学极化曲线实验和腐蚀失重实验评估稀土(RE)微合金钢的腐蚀行为,然后通过扫描电子显微镜(SEM)观察腐蚀形态。通过NaCl溶液腐蚀后,硫化物(或硫氧化物)优先溶解,然后在Fe基体和氧化物之间的边界处腐蚀。之后,夹杂物整体上脱落,促进了点蚀成核。通过第一性原理计算表明,各种夹杂物的功函数按以下顺序下降:La2Zr2O7>LaAlO3>(La2O3≈Fe≈La2O2S)>La2S3,这为夹杂物的溶解行为提供了理论解释。即含硫的夹杂物倾向于优先溶解,而氧化物不容易溶解。随后,通过扫描振动电极(SVET)检测了表面电流分布,这为夹杂物在腐蚀传播中的作用提供了更多的微观表征。结果表明,点蚀形核加速了腐蚀的横向传播。最后,局部腐蚀以均匀腐蚀的形式扩散到整个表面。然后通过XRD分析腐蚀产物和电化学阻抗(EIS)实验,结果表明,添加稀土元素后,微合金钢中保护性腐蚀产物α-FeOOH的含量略高于未添加稀土元素的普通微合金钢,电化学阻抗谱表面添加稀土的钢极化电阻略高,耐蚀性越好。因此,稀土元素掺杂对微合金耐腐蚀性能的提高主要体现在变质夹杂影响微合金钢腐蚀初期局部腐蚀行为,对全面腐蚀过程略有影响。
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