固态盐和含氧水蒸汽作用下纯Fe、纯Cr和Fe-20Cr合金中温电化学腐蚀机制研究

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	固态盐和含氧水蒸汽作用下纯Fe、纯Cr和Fe-20Cr合金中温电化学腐蚀机制研究
	汤雁冰
学位类型	博士
导师	王福会 ; 李瑛
	2010
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	腐蚀科学与防护
关键词	固态盐水蒸汽电化学阻抗中高温度
摘要	"本文以服役于海洋大气环境中的航空发动机压气机叶片在盐、水蒸气综合作用下出现的严重腐蚀问题为研究背景，以“动态水膜理论”为基础，自行设计了适用于该腐蚀环境的三电极测试电极，利用交流阻抗、极化曲线等电化学测试技术，同时配合扫描电镜、X-射线衍射等表面分析技术，全面深入地研究了纯Fe、纯Cr及Fe-20Cr合金在固态盐和水蒸汽共存的中温环境中的电化学腐蚀机制，比较了不同沉积盐（NaCl和Na2SO4）对材料腐蚀行为的影响，为改善和提高航空发动机压气机叶片的抗腐蚀性能提供参考。在研究三种材料表面有固态NaCl沉积在含水蒸汽的氧流作用下的腐蚀机制时观察到：三种材料的腐蚀过程中都存在电化学腐蚀反应，电化学腐蚀量在总的腐蚀量中所占的比重很小，但电化学腐蚀历程的存在却导致了材料整体腐蚀速度的显著增加。进一步的研究表明，三种材料在该腐蚀环境中的腐蚀机制都遵循“ce机制”（电化学腐蚀反应耦合一个前置的化学腐蚀反应）：金属基体首先与固态NaCl、水蒸汽和氧气发生化学腐蚀反应生成HCl气体，生成的HCl气体再参与电化学腐蚀反应生成H2和NaCl。由于电化学腐蚀反应消耗了化学腐蚀反应生成的HCl，使得化学腐蚀反应向右移动，促进了化学腐蚀反应的发生。同时，电化学腐蚀反应生成的NaCl继续参与化学腐蚀反应，以催化剂的形式加速金属的腐蚀历程。纯Cr的腐蚀速率要大于纯Fe，这主要是由于纯Cr在该腐蚀环境中具有更低的化学腐蚀反应活化能；Fe-20Cr合金的腐蚀不是纯Fe和纯Cr之间简单的加和。在研究三种材料表面有固态Na2SO4沉积在含水蒸汽的氧流作用下的腐蚀机制时观察到：在无水蒸汽的氧中，固态Na2SO4的存在抑制了纯Fe的腐蚀，这主要是固态Na2SO4的存在阻碍了氧向金属表面的扩散，降低了基体表面的氧分压，与无固态Na2SO4时相比，纯Fe的腐蚀速度略有下降；当水蒸汽引入后，纯Fe的腐蚀速度显著增加。这是由于在固态Na2SO4和水蒸汽环境中，纯Fe与固态Na2SO4、水蒸汽和氧气发生化学反应生成H2SO4气体，生成的H2SO4气体继续参与电化学反应，并生成H2气体和Na2SO4，使得化学腐蚀反应向右移动，纯Fe的腐蚀得以持续进行。同时，电化学腐蚀反应所生成的Na2SO4又继续与纯Fe发生化学反应，以催化剂的形式进一步加速纯Fe的腐蚀。纯Cr和Fe-20Cr合金在表面形成一层致密的Cr2O3膜，阻碍了基体的进一步腐蚀，使纯Cr和Fe-20Cr合金具有较好的抗腐蚀能力。比较研究两种盐对纯Fe、纯Cr及Fe-20Cr合金腐蚀行为影响表明，相对于固态Na2SO4，固态NaCl的存在更能够加速纯Fe、纯Cr及Fe-20Cr合金的腐蚀。"
其他摘要	Corrosion of turbine blades in planes or ships in marine environment is very serious due to the synergistic effect of solid salt and water vapor at medium and high temperatures. The previous study showed that both chemical and electrochemical reaction took place in this failure process. However, their electrochemical corrosion processes have not been widely investigated. Therefore, the electrochemical corrosion mechanisms and the interaction between chemical corrosion and electrochemical corrosion were investigated in this work by potentiodynamic measurements and Electrochemical Impedance Spectroscope measurements. In order to investigate the electrochemical corrosion mechanism of materials in this particular environment, a special three-electrode system was built for the electrochemical measurements.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64196
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	汤雁冰. 固态盐和含氧水蒸汽作用下纯Fe、纯Cr和Fe-20Cr合金中温电化学腐蚀机制研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2010.