Corros. Sci. ：低碳钢在海水和沉淀物界面处的腐蚀机理和动力学

【引言】

由于普遍认为海洋沉淀区的腐蚀速率较低(比浸没区、潮汐区等低1-2个数量级)，因此近年来较少开展低碳钢在海洋沉淀物中腐蚀行为方面的研究。

【成果简介】

近日，法国拉罗谢尔大学Ph. Refait（通讯作者）团队在Corros. Sci.上发表了一篇题为“Corrosion of mild steel at the seawater/sediments interface: mechanisms and kinetics”的文章。该研究团队为研究低碳钢在海洋沉淀物与海水界面处的腐蚀机理和动力学，将S355NL碳钢挂片浸没在浅层天然海洋沉淀物中达6个月至6年，以拉曼光谱和XRD分析腐蚀产物成分，通过测量剩余厚度计算腐蚀速率。研究结果表明低碳钢在海水沉淀物中腐蚀生成了铁的硫化物和4种不同的绿锈化合物，绿锈产物不同表明介质成分存在局部差异；低碳钢在海水沉淀物中的局部腐蚀速率可高达140μm yr^-1。

【图文解读】

图1 装有低碳钢挂片的玻璃容器

低碳钢挂片垂直插入海洋沉淀物中，其上边缘几乎与沉淀物和海水的界面平齐。黑线所示为挂片位置，并标识挂片A、B面。

图2 C6挂片开路电位随时间变化曲线

C6挂片在海洋沉淀物中的浸没时间为6年。

图3 挂片表面腐蚀产物典型拉曼光谱

挂片在海洋沉淀物中的浸没时间为6个月。

拉曼峰211cm^-1和287-289cm^-1是FeS纳米晶的特征峰；位于256-258cm^-1、308-313cm^-1、318-322cm^-1和355cm^-1处的拉曼峰由含Fe（III）的硫铁矿产生；绿锈的特征峰主要集中在425-440m^-1和510-530cm^-1，位于163 cm^-1和235-239 cm^-1的拉曼峰也可归因于绿锈。

图4 挂片表面腐蚀产物XRD

挂片在海洋沉淀物中的浸没时间为6个月。

A=文石；C=方解石；GC=碳酸盐绿锈；GR=硫酸盐绿锈；GRy=“y”绿锈（见文本）；I=伊利石；K=高岭石；Q=石英。衍射线由相应的密勒指数表示。

图5 C6挂片表面腐蚀产物拉曼光谱

挂片在海洋沉淀物中的浸没时间为6年。

图6 C6挂片表面腐蚀产物XRD（第1部分）

挂片在海洋沉淀物中的浸没时间为6年。

(a) B面上部样品XRD图样；

(b) B面下部样品XRD图样。

C=方解石；GC=碳酸盐绿锈；GR=硫酸盐绿锈；GRx=“x”绿锈（见文本）；GRy=“y”绿锈（见文本）；I=伊利石；K=高岭石；McK=硫铁矿；Q=石英；S=菱铁矿。衍射线由相应的密勒指数表示。

图7 C6挂片表面腐蚀产物XRD（第2部分）

挂片在海洋沉淀物中的浸没时间为6年。

(a) 取自A面下部样品的整体XRD图样；

(b)-(c) 分别为GRxy003和GRxy006衍射线特定角度区域；其中点为实验数据，黑线为计算曲线，灰线为各衍射峰。

C=方解石；GRx=“x”绿锈（见文本）；GRy=“y”绿锈（见文本）；I=伊利石；Q=石英；S=菱铁矿。衍射线由相应的密勒指数表示。

表8d₀₀₃计算平均值与参考值比较

图9 C6挂片B面不同区域示意图及相应腐蚀速率平均值

颜色越深表明腐蚀速率越高。

【小结】

研究结果表明，腐蚀产物中存在多种绿锈与FeS伴生，并首次发现钢的自然环境中除可以生成腐蚀产物GR（CO₃^2-）、GR（SO₄^2-）和GR（Cl^-）之外，还可以生成GR（C₂O₄^2-）；低碳钢表面腐蚀速率存在不同，挂片下部的腐蚀速率更大，说明虽然海洋沉积物中低碳钢腐蚀速率较低，但局部腐蚀明显。

文献链接：Corrosion of mild steel at the seawater/sediments interface: mechanisms and kinetics(Corros. Sci., 7-4-2017, DOI:10.1016/j.corsci.2017.10.016)

本文由材料人金属组詹英杰编译，点我加入材料人编辑部。

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