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紧固件材料与偶对材料在海水间浸环境下电偶腐蚀研究

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摘要

海洋工程如船舶、跨海大桥等机械结构系统中常采用紧固件进行连接，而紧固件材料与结构材料的材质往往有所不同。异种材料在海洋环境（海水浸泡、潮湿的海洋大气环境）下常会引起不同程度的电偶腐蚀。目前，常用的紧固件材质为普通碳钢、高强钢等。由于钢质紧固件在海水中的耐蚀性较差，在实际应用中常采用防腐涂层对基体进行保护。
　　 复合涂层是金属涂层和有机涂层的结合体，它的防护性能在实际体系的电偶腐蚀过程中起着非常重要的作用。涂层的吸水过程会降低涂层的物理屏蔽作用，它在涂层劣化中扮演着重要的角色，而氧在涂层/基体界面区的还原是涂层剥离的重要因素之一。在实际工程中，涂层经常处在干湿交替的环境下，而干湿交替的状态会强化涂层的吸水过程和氧在界面区的还原过程。
　　 本论文主要是应用电化学阻抗谱技术和电偶电流测量技术对比研究了紧固件材料及紧固件涂层与不同偶对材料偶接后在海水间浸环境下的电偶腐蚀规律。
　　 本文的主要研究工作包括:
　　 (1)测量自腐蚀电位、电偶电位、电偶电流，结合动电位极化曲线，对比研究了三种紧固件材料及涂层（45钢、镀锌层、锌铝涂层）与三种偶对材料(316L、907、5083)组成电偶对后在海水间浸环境5d∶5d下的电偶腐蚀情况。研究发现，45钢与三种偶对材料之间的电偶腐蚀都比较严重;电偶对镀锌层/316L、锌铝涂层/316L、镀锌层/907等电偶腐蚀也比较严重;电偶对镀锌层/5083、锌铝涂层/5083和锌铝涂层/907在海水间浸环境下的电偶腐蚀较小。
　　 应用线性极化技术，分别对锌铝涂层、与5083偶接的锌铝涂层的耐蚀性进行了研究。结果发现，经过7个周期的干湿循环实验后，锌铝涂层仍具有很好的耐蚀性能且锌铝涂层对5083具有保护作用。
　　 (2)应用电化学阻抗谱技术、动电位极化曲线技术，结合电偶电位、电偶电流，对比研究了45钢/B10电偶对在海水全浸环境和海水间浸环境(干湿比1d∶1d)下的电偶腐蚀。研究发现，在海水间浸条件下，偶合体系的电偶电位和电偶电流在每个周期的变化趋势与海水全浸时基本相同，电偶电位随浸泡时间的延长逐渐负移并稳定，而电偶电流随着浸泡时间的延长逐渐减小。但海水间浸时电偶电位随着干湿交替的进行会逐渐正移，而电偶电流随间浸次数增加逐渐减小，但其稳定电流值大于全浸工况下的数值;和全浸状态相比，间浸工况下45钢的电偶腐蚀速率和电偶腐蚀效应更大，表面腐蚀更严重。
　　 (3)应用电化学阻抗技术，结合电偶电位、电偶电流及X射线衍射光谱分析技术，研究了复合涂层/5083电偶对在海水间浸环境下的电偶腐蚀（研究内容有:干湿交替时间比的影响，包括湿干比1d∶1d和1d∶2d;干湿比1∶1时，干湿周期长短（文中称间浸频率）对电偶腐蚀的影响，包括2d∶2d和5d∶5d)。研究发现，电偶对在湿干比1d∶2d时发生极性逆转，偶对复合涂层劣化程度大，涂层表面出现红锈锈点;偶对体系在两种湿干比下的电偶电位均出现不同程度的正移（与全浸工况相比），说明电极表面状态在间浸环境下发生了变化。同样，偶对体系在两种间浸频率下的电偶电位也发生了不同程度的正移，而且偶合体系在两种间浸频率下均发生了极性逆转，电偶电流密度的绝对值| ig|(5d∶5d)＜| ig|(2d∶2d)，由此说明，两种间浸频率加速了涂层的劣化且间浸频率2d∶2d下涂层劣化速度快，程度大。

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