碳钢大气腐蚀与环境因素的关联度分析.docx
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碳钢大气腐蚀与环境因素的关联度分析
试验与研究碳钢大气腐蚀与环境因素的关联度分析
戴明安
(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所 青岛266071
刘珍芳
(青岛市气象局 青岛266071
摘 要 应用灰色理论关联度分析方法,对钢的大气腐蚀与环境因素间的关联度进行了计算,分析了初期腐蚀和长期腐蚀的主要影响因素,结果表明,钢初期腐蚀主要是钢在水介质(雨水、凝露中的腐蚀,形成水和影响水质的气象和环境因素对钢初期腐蚀有重要作用;长期腐蚀主要是锈层下的润湿腐蚀,同理,形成水膜和影响大气质量的气象和环境因素对钢长期腐蚀有重要作用。
主题词 碳钢 大气腐蚀 关联度
ANALYSISOFTHECONJUNCTIONBETWEENENVIRONMENTALFACTORSANDATMOSPHERICCORROSIONOFCARBONSTEEL
DaiMingan
(QingdaoResearchInstituteforMarineCorrosion,Qingdao266071
LiuZhenfang
(QingdaoWeatherBureauQingdao266071
Abstract Theconjunctioncoefficientsbetweenatmosphericcorrosionofcarbonsteelandenvironmentalfactorshavebeencalculatedusinggraytheory.Themainenvironmentalfactorsaffectingexposurecorrosiontestingforbothlongperiodandshortperiodhavebeendiscussed.Itisshownthatatmosphericcorrosioninshortperiodmaybereferredtowatercorrosionandinlongperiodmaybereferredtomoistcorrosionunderrust.
Keywords Carbonsteel Atmosphericcorrosion Conjunction
1 引 言
大气腐蚀过程中水膜下的电化学腐蚀过程,大气腐蚀与环境的关系是腐蚀工作者长期研究的内容之一。
为了探讨大气腐蚀与环境的关系,人们常采用数理统计的分析方法,如回归分析法,聚类分析法等,这方面已有一些分析和讨论[1,2]。
但数理统计分析方法要求样本量大,至少试验样本数要大于子因素数,否则无法进行统计分析,这对目前大气腐蚀数据量较少的情况,造成了一些分析困难。
而应用灰色理论关联度分析方法可以较好地解决这个问题,该方法非常适合样本量较少的母因素(腐蚀试验数据与子因素(环境数据关联分析[3]。
本文根据我国大气腐蚀试验网站积累的环境数据和钢的腐蚀试验数据,对腐蚀与环境的关联度作了计算分析。
以期进一步认识腐蚀与环境的相关关系。
2 试验材料、结果和环境
根据国际标准ISO9223,本文选用了符合该标准规定的“大气腐蚀分类”试验的Q235钢8a腐蚀作为分析对象,耐候Cor-Ten钢是对比分析钢。
所有试验材料、环境和试验结果分别见表1、2和3。
表1 试验钢的化学成分
钢号CSPMnSiNiCuQ2350.200.0090.0150.60.3--Cor-Ten0.110.0190.0800.40.30.40.27
表2 试验地点的气象和环境因素*试验地点北京青岛武汉江津广州琼海万宁年平均气温°C11.912.316.817.922.924.324.2年平均湿度%57717681778686
湿度>80%时h/a2558404941815741470062416020年降水量mm/a58656211401203156317941515年降雨日day/a7894116134170151124年凝露日day/a8251133231214(150148年日照时h/a2559216116211317160720722026Cl-
mg/100cm2・d
0.0390.1380.0140.0080.0090.0480.128
SO2
mg/100cm2・d
0.2091.1810.2640.6890.1260.1500.060
雨水pH5.57.16.34.26.06.35.1
*表中数据源自文献[1,2],分别为6a和4a平均值。
括号内为一年值
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147
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第21卷第4期2000年4月
腐蚀与防护
CORROSION&PROTECTION
Vol.21 No.4
Apr.2000
国家自然科学基金资助项目,项目编号:
59899140
表3 钢在各地的腐蚀试验结果*
钢号试验周期北京青岛武汉江津广州琼海万宁Q2351a0.03170.06280.04700.06900.05650.02870.0420Q2351a0.00980.02490.01030.02170.01650.02730.0914Cor-Ten8a0.00660.01090.00800.01540.01270.01090.0140 *数据源自全国大气腐蚀网站
表4 碳钢大气腐蚀与环境的关联度
试验地点环境Q235
1年
关联序
Q235
8年
关联序
Cor-Ten
8年
关联序
年平均气温°C0.76850.76250.7964
年平均湿度%0.80220.77620.8342
湿度>80%时h/a0.768-0.78410.8541年降水量mm/a0.733-0.739-0.768-
年降雨日day/a0.80230.755-0.7945年凝露日day/a0.78640.716-0.790-
年日照时h/a0.727-0.77230.777-
Cl-
mg/100cm2.d
0.570-0.76840.618-
SO2
mg/100cm2.d
0.661-0.667-0.664-
雨水pH0.81310.758-0.7983
3 关联度计算
有关关联度的计算参见文献[1]。
将表2中的环境因素作为子因素,将表3中的腐蚀结果分别作为母因素,按文献[3]介绍的方法,分别计算Q235钢1a、Cor-Ten钢8a腐蚀与环境因素之间的关联度,计算结果列于表4。
4 大气腐蚀的主要影响因素
4.1 初期大气腐蚀
根据表4中Q235钢1a腐蚀与环境因子之间的关联度大小顺序,我们可以看到,影响大气腐蚀的主要环境因素是雨水的pH值、平均相对湿度、降雨和凝露的天数。
pH值的大小,反映了大气的污染程度,由此可见凡属于会降低雨水pH值的大气污染物都对大气腐蚀有严重影响,而平均相对湿度、降雨和凝露的天数表征了一年当中环境的湿润程度,由于下雨和凝露与平均相对湿度是正相关的,且平均相对湿度、下雨和凝露的天数与大气腐蚀电化学过程有直接关系。
因此,我们可以认为,环境污染程度大,潮湿、雨水多的地方,腐蚀严重。
反之,腐蚀较轻。
这种大气初期腐蚀,或许可称之为:
初期金属光面的水介质腐蚀。
4.2 长期大气腐蚀
长期的大气腐蚀,根据表4中Q235钢8a腐蚀与环境因子之间的关联度大小顺序来看,与初期钢的腐蚀有所不同,影响长期大气腐蚀的主要环境因素是相对湿度大于80%的时数、平均相对湿度、日照时数和Cl-离子沉积量。
金属经过一定时间的暴露腐蚀,表面会生成一层腐蚀产物,这种表面产物很明显具有保湿作用,而湿度(包括相对湿度大于80%的时间和平均湿度2个数值和日照时数对这种保湿作用具有明显的影响,金属表面的潮湿(形成水膜是电化学过程的必要条件。
Cl-离子最重要的一方面是具有吸湿作用,另一方面具有破坏表面锈层致密性作用。
因此,我们可以认为对于长期的大气腐蚀来说,表面锈层的湿润时间是腐蚀的最重要的影响因素,影响锈层湿润的所有环境因素都对长期的大气腐蚀有影响。
或者说,长期的大气腐蚀是锈层的湿润腐蚀。
正因为长期大气腐蚀形成了表面锈层的缘故,所以长期大气腐蚀与短期大气腐蚀过程有所不同。
与普通碳钢不同的是耐候钢长期的大气腐蚀主要影响因素是平均相对湿度、相对湿度大于80%的时数和雨水pH值。
因此,耐候钢的大气腐蚀是与大气相对湿度和大气污染有着密切关系,由此看见,提高耐候钢的抗污染能力,也就是提高耐候钢的耐候性。
从另一种角度说,耐候钢在大气污染程度较大的地区使用才有意义。
5 结 论
(1碳钢初期大气腐蚀的主要环境因素是雨水的pH值、平均相对湿度、下雨和凝露的天数,可以称之为早期金属光面的水介质腐蚀。
(2碳钢长期大气腐蚀的主要因素是相对湿度大于80%的时数、平均相对湿度、日照时数和Cl-离子沉积量,长期的大气腐蚀是锈层表面的湿润腐蚀。
(3提高耐候钢抗污染能力,也就是提高耐候钢的耐候性。
耐候钢在大气污染程度较大的地区使用才有意义。
(下转第159页
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戴明安等:
碳钢大气腐蚀与环境因素的关联度分析
图2 SCAII醇解和水解过程电导率测试
解液稀释3~5%的溶液定时涂覆在基材上,待其老化后用4%CuSO4和3%NaCl溶液进行点蚀试验,效果均好于相应磷化处理的指标;SCAII随水解时间的增加,涂膜基材的耐蚀性逐渐加强,但水解5h后涂膜基材的耐蚀性提高不多。
3.2 SCA水解体系红外分析
测定SCAII水解液在水解0h、4h、10h反应溶
液体系的FTIR谱图分别为1#、3#和2#
如图3所示。
(1红外制样法 由于水解产物有硅醇和简单醇,且溶剂还含有大量的水和醇,其所含羟基会对测定产生干扰,为此在进行IR分析时,采用涂膜烘干法制样。
从谱图中水峰O-H杂峰的消失表明消除了溶剂对SCA和硅醇红外吸收的干扰,但此红外制样方法也会引起硅醇的交联副作用,而使Si-O-Si吸收增多,O-H吸收稍有减少,通过控制红外烘干条件一致,仍可比较出不同水解时间体系的水解
程度。
图3 SCAII不同水解时间的红外谱图
(2水解硅醇红外谱图分析 比较1#、2#和3#图谱,水解4h和10h后在3300cm-1
处有明显的峰
增大,该峰为分子间缔合羟基O-H伸缩振动产生的吸收峰,说明随着水解进行有大量硅醇和简单醇生成;比较3#和2#图谱发现,水解4h较之10h的图谱的O-H吸收峰更大,同时1414.6cm-1波数处叔醇C-O-H中O-H的面内变形振动吸收峰在水解10h后几乎消失,说明水解时间增长硅醇会逐渐形成二聚体或三聚体或更大的交联体;与此同时1050~1150cm-1范围内C-O伸缩振动吸收峰的增大表明有大量仲醇形式O-H和伯醇形式O-H的存在,结合硅醇交联产物的结构,可证明上述观点。
红外分析的结果表明,本研究选用的SCAII在选定的混合溶剂中不仅仅是一个溶解过程,其水解反应效果明显有大量硅醇生成。
同时此结果也与电导率测试所得结果相符,说明电导率测试数据可以十分方便地在线监测SCA水解体系反应的程度。
4 结 论
直接利用SCA涂膜解决铁基表面的防护,SCA水解状况及硅醇生成量对该过程最终成膜效果有重大影响。
本文提出用电导率测试方法在线监测和判断SCA水解程度,由电导率-时间关系图得出不同SCA水解形成硅醇体系的最佳溶剂为混合溶剂,最佳pH值为近中性或微酸性及SCAI和SCAII的最佳水解时间分别为2~3h和5h;并进一步采用FTIR光谱方法予以证实。
此研究对有效利用SCA及对SCA的效能判定具有重要意义。
参 考 文 献
1 SubramanianV,vanOoijWJ.Silanebasedmetal
pretreatmentasalternativestochromating.SurfaceEngineering,1999,15(2:
1~5
2 vanOoijWJ,ChildT.Protectingmatalswithsilanecoupling
agents.Chemtech,February,1998,28(2:
26~35
3 吴森纪.有机硅及其应用.上海:
科学技术文献出版社,
1990.282~285
4 王淑荣.硅烷偶联剂的开发现状及发展趋势.精细石油化工,1995(5:
335 US.5,539,031;1996
收稿日期:
1999-07-27
(上接第148页参 考 文 献
1 邓聚龙.灰色预测与决策.湖北:
华中理工大学出版社,
1992.103
2 汪轩义,王光雍,屈祖玉,李长荣.中国腐蚀与防护学报,
1995,15(2:
124
3 梁彩风,侯文泰.中国腐蚀与防护学报,1998,18(1:
1
收稿日期:
1999-12-02
・
159・徐 溢等:
直接用作金属表面新型防护涂层的硅烷偶联剂水解效果分析
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- 大气 腐蚀 环境 因素 关联 分析
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