耐候钢耐蚀性能的评定

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.05.040 第27卷第5期 北京科技大学学报 Vol.27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2005 耐候钢耐蚀性能的评定 朴秀玉”岳丽杰)王龙妹》张家芸”张颖” 1)北京科技大学治金与生态学院，北京1000832)东北大学机械学院，沈阳1100313)北京钢铁研究总院工艺所，北京100081 摘要采用干湿浸渍实验获得耐候钢的防护性锈层.应用交流阻抗实验方法测试了所得 的锈层，建立了等效电路分析数据，结果表明，交流阻抗方法可以有效地分析耐候钢内锈层 的性质.干湿浸渍循环实验与交流阻抗方法相结合，可以快速、合理地评价耐候钢耐蚀性能， 关键词周浸：耐候钢：锈层：交流阻抗 分类号TG174.3 在建筑、桥梁、船舶等领域，由于钢铁材料与 1 实验 空气直接接触的使用环境，使得每年因大气腐蚀 造成的钢铁材料损失量非常巨大.己经开发的耐 11试样成分及制备 候钢具有较好的耐大气腐蚀性能，大大延长了钢 实验选用10PCuRE耐候钢.实验用样品的化 铁材料的使用寿命.金属铁吸收空气中的水和氧 学成分（质量分数）为：C,0.1%;Mm,0.25%~0.65%: 气，在材料的表面形成致密的氧化层，阻碍了腐 Si,0.20%0.40%:S,0.008%;P,0.07%0.12%,Cu, 蚀的继续发展，从而保护了基体.大气腐蚀发生 0.25%-0.50%:RE,<0.05%. 在材料与介质之间的界面上，且腐蚀产物一锈 浸渍干湿循环试样分为两组：一组的规格为 层的性质对防腐性能最为重要. 50mm×25mm×3mm,表面磨光：另一组为10 目前，获得耐候钢稳定锈层的方法有大气曝 mm×10mm×3mm,环氧树脂封样后表面磨光.在 晒、室内加速和稳定化处理等，许多学者用X射 浸渍前试样都需除油保持表面洁净.第一组试样 线衍射、扫描电镜等方法对所获得的锈层进行了 浸渍实验后，用于计算试样的腐蚀率.在进入干 结构、组成及形貌等分析.这些方法适用于定性 湿浸渍循环实验箱之前应先称取试样初重.试样 分析比较耐候钢和普通炭钢的差别，阐述耐蚀机 用无水乙醇脱水，丙酮除油，置于干燥器内干燥 理.但是，如果用于对比不同耐候钢的耐蚀性能 24h后称重，精度为10-4g.第二组试样浸渍实验 尚不能给出量化的指标，张万灵等人采用交流 后，用于交流阻抗实验 阻抗法对经大气曝晒的耐候钢试样进行了研究， 1.2实验方法及参数 从阻抗和腐蚀速度等几个角度对耐候钢的耐蚀 浸渍实验采用北京科技大学腐蚀中心干 性能进行了评价，从方法上解决了指标量化问 湿浸渍循环实验箱进行.浸渍溶液为10-2molL- 题.由于大气曝晒周期长及影响因素多等原因， NaHSO,溶液，模拟工业大气环境，在40℃下浸渍 本文尝试干湿浸渍循环实验与交流阻抗实验相 45min,70℃下烘烤15min.用'，2,3"，4分别表示 结合的方法，即应用干湿浸渍循环实验模拟工业 浸渍周期数为108,144,192,240（一个周期为完成 大气环境在室内加速的条件下得到不同形成阶 一次浸渍和烘烤的全过程)的试样. 段的锈层，然后用交流阻抗方法分析比较锈层的 对于第一组试样，浸渍后用500mL盐酸+ 性质，从电化学角度对耐候钢的耐蚀性能进行评 500mL去离子水加10g六次甲基四胺清除腐蚀 价，关于大气曝晒实验结果与室内加速实验结果 产物.同时用未腐蚀试样来校正除锈液对基体的 的相关性，文献述及较多，故在此不作讨论. 腐蚀量，以保证实验数据的准确性及重现性.每 组选取3个试样，取其平均值作为最终结果.年 收稿日期：20040702修回日期：200412-10 腐蚀率按GB10124一88规定公式计算. 基金项目：因家“十五”科技攻关项目No2002BA315-5) 对于第二组试样，浸溃后在10-3molL 作者简介：朴秀玉(1977一)，女，硕士研究生

第 2 卷 第 期 7 5 1 2 00 年 0 月 5 北 京 科 技 大 学 学 报 J a r n u o l o i e i f n v 比 t U y o f S e e l a e e n o d e T c h n o e l g y B i e j i n g V b l . 2 N 7 o . 5 o e t 2 0 0 5 耐候钢 耐蚀性能的评定 朴 秀玉 ” 岳 丽 杰 ” 王 龙妹 ” 张 家芸 ” 张 颖 ` , l) 北京 科技大 学冶 金与 生态 学院 , 北京 10 0 0 83 2) 东 北大学 机械 学 院 , 沈 阳 110 0 31 3 )北京钢 铁研 究 总院工 艺所 , 北京 10 0 81 摘 要 采用 干湿 浸渍 实验 获得 耐候 钢 的防 护性锈 层 . 应 用交 流 阻抗实 验方 法测 试 了所得 的锈 层 , 建立 了等 效 电路 分析 数据 . 结果 表 明 , 交 流 阻 抗方 法可 以有 效地 分析 耐候钢 内锈层 的性 质 . 干 湿浸 渍循 环 实验与 交流 阻抗 方法 相结 合 , 可 以快速 、 合 理地评 价 耐候钢 耐蚀 性能 . 关键 词 周浸 ; 耐 候钢 ; 锈 层 ; 交 流 阻抗 分 类号 T G 17 4 . 3 在建筑 、 桥梁 、 船舶 等领 域 , 由于钢 铁 材料 与 空气 直接 接触 的使用 环境 , 使得 每年 因大气腐 蚀 造 成 的钢 铁材 料 损 失量非 常 巨大 . 已经 开 发 的耐 候钢 具有 较好 的耐大 气腐 蚀 性能 , 大 大延 长 了钢 铁材 料 的使用 寿命 . 金属 铁吸 收 空气 中 的水和 氧 气 , 在材 料 的表 面 形成 致 密 的氧 化 层 , 阻碍 了腐 蚀 的继 续 发展 , 从 而保 护 了基 体 . 大 气 腐蚀 发 生 在材 料 与介质 之 间 的界 面上 , 且腐蚀 产物 — 锈 层 的性质 对 防 腐性 能 最 为重 要 . 目前 , 获得 耐候 钢稳 定锈层 的方法 有 大气 曝 晒 、 室 内加 速 和稳 定 化 处理 等 . 许 多 学者 用 X 射 线衍 射 、 扫描 电镜等 方法 对所 获得 的锈 层 进行 了 结构 、 组成及 形貌等分 析 1[ . 这些 方法 适用 于定 性 分析 比较 耐候 钢和 普通 炭钢 的差别 , 阐述 耐蚀机 理 . 但 是 , 如 果 用 于对 比 不 同耐 候钢 的 耐蚀 性 能 尚 不能给 出量 化 的指 标 . 张 万灵 等 人〔2] 采 用 交流 阻抗 法对 经大 气 曝晒 的耐候 钢 试样 进行 了研 究 , 从 阻抗 和 腐 蚀速 度 等 几 个 角度 对 耐 候 钢 的耐蚀 性 能进 行 了评价 , 从方 法 上解 决 了指 标 量 化 问 题 . 由于 大气 曝 晒周 期 长及 影 响 因素 多 等原 因 , 本文 尝试 干 湿浸 渍 循 环 实 验 与 交流 阻抗 实 验相 结合 的方 法 , 即应 用干 湿浸 渍循 环 实验模 拟 工业 大气 环 境 在 室 内加 速 的条 件 下得 到 不 同形 成 阶 段 的锈层 , 然 后用 交流 阻 抗方 法分 析 比 较锈 层 的 性质 , 从 电化 学角 度对 耐 候钢 的耐 蚀性 能进 行评 价 . 关于 大气 曝 晒实验 结 果与 室 内加速 实验 结 果 的相 关性 , 文 献述 及 较 多 , 故在 此 不 作讨 论『圳 . 收 稿日期 : 2 0 0 4刃7 es 0 2 修 回 日期 : 20 0今 12 一 10 基金项 目 : 国家 “ 十五 ” 科 技攻 关项 目伽.o 20 02 B A 3 15 一 5) 作者简 介 : 朴秀 玉( 19 7 一) , 女 , 硕 士 研 究生 1 实 验 L l 试样 成 分及 制 备 实验 选 用 10 P C u R E 耐候 钢 . 实验用 样 品 的化 学 成 分 ( 质量 分 数 ) 为 : C , 0 . 1% ; M n , .0 25 % ~0 . “ % ; 5 1 , 0 . 2 0% ~ 0 . 4 0% ; S , 0 . 0 0 8% ; P , 0 . 0 7% ~() . 12% , C u , 0 . 2 5% ~ 0 . 5 0% ; R E , < 0 . 0 5% . 浸渍 干 湿循 环试 样 分 为两 组 : 一组 的规格 为 50 ~ x 2 5 ~ x 3 ~ , 表 面 磨 光 ; 另 一 组 为 10 ~ 、 10 ~ x 3 ~ , 环氧 树脂 封样 后 表面 磨 光 . 在 浸 渍前试 样 都需 除 油保持 表 面洁 净 . 第一 组试样 浸 渍 实验 后 , 用 于 计算 试 样 的腐蚀 率 . 在进 入 干 湿浸 渍循 环 实验 箱之 前应 先称 取试 样初 重 . 试 样 用 无水 乙 醇脱 水 , 丙酮 除 油 , 置 于干 燥 器 内干 燥 24 h 后称 重 , 精 度 为 10 一 ` 9 . 第 二 组试 样 浸渍 实验 后 , 用 于 交流 阻 抗 实验 . 1.2 实验 方 法及 参数 浸 渍 实 验 采 用 北 京 科 技 大 学 腐 蚀 中 心 干 湿 浸渍循环 实验 箱进 行 . 浸 渍 溶液 为 10 一 , m ol · L 一 ’ N a H S O , 溶 液 , 模 拟工 业 大气环 境 , 在 40 ℃ 下浸 渍 4 5 m in , 7 0 oC 下 烘烤 1 5 m i n . 用 l 举 , 2 # , 3 价 , 4 #分 别表 示 浸渍 周期 数 为 10 8 , 14 4 , 19 2 , 2 4 0 (一 个周 期 为完成 一 次浸 渍和 烘 烤 的全 过 程 ) 的试 样 . 对 于第 一 组 试 样 , 浸 渍 后 用 s o m L 盐 酸十 5 0 m L 去离 子水 加 10 9 六 次 甲 基 四胺 清 除腐蚀 产物 . 同时用 未 腐蚀试 样 来校 正 除锈液对 基体 的 腐蚀 量 , 以保 证 实验 数 据 的准 确性 及 重现 性 . 每 组选 取 3 个试 样 , 取 其 平均 值 作 为最 终 结果 . 年 腐蚀率 按 G B 10 124 一8 规 定 公 式计 算 . 对 于 第 二 组 试 样 , 浸 渍 后 在 10 一 , m ol · L 一 , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 05. 040

·550· 北京科技大学学报 2005年第5期 NaHSO,溶液中浸泡40min,使用北京科技大学冶 可穿越的障碍壁.在Zview软件下应用此等效电 金与生态工程学院电化学实验室SALTRON 路来拟合曲线拟合后所有的曲线与实测的曲线 1255B频率响应分析仪和1480恒电位仪进行交 在2.5×10~1Hz范围内都十分吻合，拟合方差小 流阻抗测试，频率从5×10Hz扫描到0.7Hz,每个 于0.1%，各参数误差小于5%.图2为交流阻抗图 数量级测取8个实验点.测试溶液为10-molL w CPE NaHSO4,三电极体系，选用甘汞电极为参比电 极，Pt辅助电极，表面积2cm.计算机控制和采集 信号，并用Zview软件分析数据. 图1RC)WsCPE等效电路 Fig.1 (RC)WsCPE equivalent electrocircuit 2实验结果与分析 谱中的Nyquist图谱. 21腐蚀率实验结果 已有的研究5对耐候钢锈层的物理描述基 腐蚀率是以腐蚀深度表示的腐蚀速率，， 本相同，认为耐候钢在空气中生成的锈层可以分 2,3",4试样的腐蚀率分别为0.257,2.285,2.037， 为内外两层.其中，内锈层结构比较致密，而外层 1.90mma. 疏松多孔洞.对曝晒实验后的耐候钢表面进行R 2.2交流阻抗实验结果 分析发现，耐候钢初生的锈层主要由Y-FeOOH构 实验测定的交流阻抗图谱为一个半圆和低 成，后期不断的浸蚀和氧化后部分的Y-FeOOH会 频区的一条与实轴成45°的直线.在通常情况 在内部转化为a-FeOOH.因此，认为耐候钢表面 下，图谱出现半圆表示在固体表面有电化学反应 由a-FeOOH,Y-FeOOH和FeO,组成，而内锈层主 发生，后面与实轴成45°的直线表示反应受扩散 要由a-FeOOH组成m.通常认为a-FeOOH是耐蚀 步骤的控制.根据以上特征，结合耐候钢可能的 相，热力学上是稳定的.本研究基于对耐候钢结 结构特性，如图1等效电路为(RC)WsCPE(电路描 构的这种认识，结合图1等效电路和表1进行分 述码).描述码中R表示电阻，C表示电容，Ws表 析，在测量电路中，外锈层和内锈层构成串联的 示Warburg元件一般表征受扩散控制的反应(War- 阻抗元件，外层由于结构疏松，粒子(O2和SO? burg元件包含三个参数：WsR是Warburg电阻， 等)的传输速度会远远大于在内层的传输速度， WsT为有效扩散距离平方与有效扩散系数的比 因此，认为反应中处于控制步骤的是粒子在内锈 值，WsP在实际应用中锁定在O.5的值)，CPE表示 层的传递.应用公式： 常相角元件，表征了有多孔电极的存在或存在不 WsT=D -300 -200 (a) 8 。一1”实验曲线 -200 -100 —一1拟合曲线 -100 0-2实验曲线 一2"拟合曲线 0 100 00 400 500 600 700 300 400 500 600 700 ZI0 ZIO 400 -300 一⊙3”实验曲线 -300c)一3拟合曲线 -200 -200 -100 。4实验曲线 一4'拟合曲线 -100 0 0 100l 00400 500600700800900 4005006007008009001000 ZI0 图214交流阻抗拟合曲线图 Fig.2 Experimental and simulated curves of EIS of samples 1-4

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 5 年 第 5期 N Ha S认 溶 液中浸 泡 40 m ni , 使用 北 京科 技大 学冶 金 与 生 态 工 程 学 院 电 化 学 实 验 室 S A L T R O N 12 5 5 B 频率 响 应 分析 仪 和 14 8 0 恒 电位 仪进 行 交 流 阻抗测 试 , 频 率 从 5 “ 10 , ZH 扫描 到 .0 7 ZH , 每 个 数 量 级 测取 8 个 实验 点 . 测 试 溶液 为 1-0 , m of · L 一 ’ N aH S众 , 三 电极 体系 , 选 用 甘 汞 电极 为参 比 电 极 , tP 辅助 电极 , 表 面积 Z c m , . 计算 机控 制 和采 集 信 号 , 并用 Z vi e w 软件 分 析数 据 . 可 穿越 的障碍 壁 . 在 Z vi e w 软件 下 应用 此 等 效电 路 来拟 合 曲线 . 拟 合后所 有 的 曲线 与实 测 的 曲线 在 .2 5 xl 0 5一 I zH 范 围 内都 十分 吻 合 , 拟 合 方 差 小 于 0 . 1% , 各参 数误 差 小于 5 % . 图 2 为交 流 阻抗 图 : - - - 今 ) - - . 2 实验 结果 与分 析 .2 1 腐 蚀率 实 验结 果 腐 蚀 率 是 以腐蚀 深 度 表 示 的 腐蚀 速 率 , l “ , 2 即, 3 ` , 4 `试 样 的腐 蚀率 分 别 为 0 . 2 5 7 , 2 . 2 8 5 , 2 . 0 3 7 , L 90 ~ · a 一 , . .2 2 交 流 阻抗 实验 结 果 实验 测 定 的交 流 阻抗 图谱 为 一 个 半 圆 和 低 频 区 的一 条 与实 轴 成 4 50 的直 线 . 在 通 常情 况 下 , 图谱 出现 半 圆表示 在 固体 表面 有 电化学 反应 发 生 , 后 面与 实轴 成 4 50 的直 线表 示 反应 受 扩 散 步 骤 的控 制 . 根据 以上特 征 , 结合 耐候 钢 可 能 的 结 构特 性 , 如 图 1 等 效 电路 为 (R C )W s C P (E 电路描 述 码 ) . 描述 码 中 R 表 示 电阻 , C 表 示 电容 , W s 表 示 W扯b u gr 元件 一般 表征 受扩 散控 制 的反应 郎白了- b u 堪 元 件 包含 三 个 参数 : W s R 是 W汾b u gl 电阻 , WsT 为有 效扩 散 距 离 平方 与 有 效扩 散 系数 的 比 值 , W sP 在 实际应 用 中锁 定 在 .0 5 的值 ) , C P E 表 示 常 相 角元件 , 表 征 了有 多孔 电极 的存在 或存 在 不 图 1 ( R C )W S C此 等效 电路 F馆 . 1 ( R C )W , C p E 叫 . iv a le n t . l e c t or e i代u i t 谱 中 的 Ny q lu st 图谱 . 已 有 的研 究 〔5 一 s] 对 耐候 钢 锈层 的物理描 述 基 本 相 同 , 认为 耐候钢 在 空气 中生成 的锈 层可 以分 为 内外 两层 . 其 中 , 内锈层 结构 比较 致 密 , 而外 层 疏 松 多孔洞 . 对 曝 晒实验 后 的耐 候钢 表面 进行 IR 分 析发 现 , 耐 候钢 初 生 的锈层 主要 由丫` F e O O H 构 成 , 后 期 不断 的浸 蚀 和氧 化后 部 分 的下` F e 0 0 H 会 在 内部 转 化 为以 , F e 0 O H . 因此 , 认 为 耐候 钢 表 面 由。 - F e 0 0 H , 丫` F eO O H 和 F 伪o4 组 成 , 而 内锈 层 主 要 由。 一F e O O H 组成 〔刀 . 通 常 认 为 。 尸 F e O O H 是 耐蚀 相 , 热力 学 上 是稳 定 的 . 本 研 究基 于 对 耐候 钢 结 构 的这 种 认 识 , 结合 图 1 等 效 电路和 表 1 进 行 分 析 , 在测 量 电路 中 , 外 锈层 和 内锈 层 构 成 串联 的 阻抗元 件 , 外层 由于 结构 疏松 , 粒 子 (q 和 S 以 - 等 ) 的传 输 速度会 远 远 大于 在 内层 的传 输速 度 . 因此 , 认 为反应 中处于 控 制步骤 的是粒 子 在 内锈 层 的传 递 . 应 用 公 式 : w sT = 琴 jI - 0 0 一 3 0 0 2刁 一 2 0 0 彝N 一 10 0 ( a ) ~ 咬 , - l ` 实验 曲线 — l ’ 拟 合 曲线 甲~ 、 / 彝N 0 10 0 ( b 俨一、 ~ .2 实验 曲线 冬 — *2 拟合 曲线 0 0 , J o 6 ’ 50ZQ/ 50 2 7` 2 6 0 0 7 00 3 0 0 4 0 0 { . 翼\ . , 叼 … , 口 0 0 --32l 0 1 己卜 、 Z 礴0 0 一0 0 费 一 2o 闪 一 10 0 0 叫睁 . 3 萍实验 曲线 一c) — 3 禅拟 合 曲线 才…5 0、0 Z 7Q 6 0 0 丫 F i.g 2 7 0 0 8 0 0 90 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 00 2 70 图 2 1闷 , 交 流阻抗 拟合 曲线 图 E x P e ir m e n at l a n d s im u l a t e d e u 口e s o f E I S o f s a m P I” 14

Vol.27 No.5 朴秀玉等：耐侯钢耐蚀性能的评定 551· 式中，L为相对扩散距离：D为粒子的扩散系数 电容减小，比较参数的总阻值，总阻抗也随着浸 表1中随着浸渍周期的延长，相对扩散距离 渍时间的增加而增大，表明了锈层抵抗外界腐蚀 不断增大.如果假定粒子在已经生成的稳定化锈 的能力的增强与L增大是相对应的 层中的扩散系数相同，对于锈层而言，L表征的为 2.3交流阻抗与失重实验的比较 内锈层的厚度，即随着浸渍周期的延长内锈层不 分别以1试样的相对扩散距离、腐蚀率、阻 断增厚，从而大大阻碍了腐蚀介质对基体内部的 抗的耐蚀率为100%，计算其他试样的相对耐蚀 浸蚀，因此材料的腐蚀速度变小.随着浸渍周期 率，结果如图3.虽然各个参数比较的结果不尽相 的延长，耐候钢的表面电容值不断减小，其可能 同，但总的规律是相似的.即随着时间的延长，耐 的原因是，靠近内锈层的FeOOH溶解再生成，原 候钢的耐蚀能力在增强，这种作用是由于内锈层 有的孔洞和裂纹消失，外锈层不断的向内锈层转 的不断增厚所致，用不同参数比较的结果不同， 化，导致平均孔洞及裂纹深度减小，所以双电层 可能原因是受到外锈层的影响， 表1试样交流阻抗谱的拟合参数 Table 1 Simulating parameters from EIS of the samples 样品号 R1/2 C/nF L/10m WsR/Q WsT/10s WsP CPE-T CPE-P总阻抗R/ 1 228.9 6.429 5.675 312.8 32.210 0.5 0.00474 0.20406 546 2 251.3 4.490 6.734 363.6 45.350 0.5 0.00537 0.77921 614 3 320.3 4.390 7.169 373.5 51.397 0.5 0.00330 0.36137 729 4" 433.4 3.367 7.240 453.7 52.423 0.5 0.00888 0.28300 896 170 锈层形成和评估内锈层耐蚀性能的方法， 150口2 参考文献 四3 130 4 [1】屈庆，严川伟，曹楚南，金属大气腐蚀实验技术进展.商蚀 110 科学与防护技术，2003,15(4)：217 [2】张万灵，刘建容，交流阻抗法对耐候钢耐蚀行为的研究 90 相对扩散距离 腐蚀速率 阻抗 钢铁研究，1996,5(1)：39 [3】王振尧，于国才.钢的大气暴露腐蚀与室内模拟加速腐蚀 图3相对耐蚀率 的相关性.腐蚀科学与防护技术，2004,16(2)：70 Fig.3 Relative rates of corrosion-resistance [4]杨松柏耐候钢周期性浸润瘸蚀实验方法的研究.铁道技 3结论 术监督，1996,2：7 [5]张全成，吴健生.耐候钢表面锈层形成机理的研究，腐蚀 (1)应用干湿浸渍循环腐蚀实验，可以得到耐 科学与防护技术，2001,13(3)：143 [6)王建军，郭小丹.海洋大气暴露3年的炭钢与耐候钢表面 候钢不同形成阶段的锈层试样， 锈层分析.腐蚀与防护.2002,23(7)：288 (2)应用交流阻抗实验方法，可以获得比较丰 [7]杨晓梅.大气腐蚀研究中钢锈层的光谱分析.光谱学与光 富的表征锈层结构和性能的电化学参数，应用这 谱分析，2000,120(13)：347 [8]Misawa T,Hashimoto K,Shimodaira S.The mechanism of at- 些参数可以有效分析耐候钢内锈层，并对其耐蚀 mospheric rusting and the protective amorphous rust on low alloy 性能进行定量判断，这是比较快速有效的判定内 steel.Corros Sei,1974,14(3):131 Evaluation of weathering steel's corrosion-resistant performances PIAO Xiuyu",YUE Lijie2,WANG Longmer,ZHANG Jiayun,ZHANG Ying" 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)School of Mechanical Engineering,Northeast University,Shenyang 110031,China 3)Central Institute of Iron and Steel Technology,Beijing 100081,China ABSTRACT The rust layer of a weathering steel was obtained by using dry-wet circle test and then analyzed by Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)with an established equivalent electrical circuit.The results indi- cated that the technique of EIS test could be used to analyze characteristics of the inner rust layer of the weathering steel effectively.The combination of dry-wet circle test and EIS test would be applied to evaluate the weathering steel's corrosion-resistant performance rapidly and reasonably. KEY WORDS dry-wet circles test;weathering steel;rust;electrochemical impedance spectroscopy

V b l , 2 7 N o . 5 朴 秀玉 等 : 耐 候钢 耐蚀 性 能的评 定 一 5 5 1 式 中 , L 为相 对扩 散 距 离 ; D 为粒 子 的扩散 系 数 . 表 1 中随着 浸 渍周 期 的延 长 , 相对 扩 散距 离 不断增 大 . 如 果假 定粒 子在 已经 生 成 的稳定 化锈 层 中 的扩散 系数相 同 , 对 于锈层 而 言 , L 表征 的为 内锈层 的厚 度 , 即 随着 浸渍 周期 的延 长 内锈层 不 断增 厚 , 从 而大 大 阻碍 了腐蚀 介质 对 基体 内部 的 浸蚀 , 因此 材 料 的腐 蚀 速度 变 小 . 随着 浸渍 周 期 的延 长 , 耐候 钢 的表 面 电容 值 不 断减 小 . 其 可 能 的原 因 是 , 靠 近 内锈 层 的 eF O O H 溶 解 再 生成 , 原 有 的孔 洞 和裂 纹消 失 , 外锈 层 不断 的 向 内锈 层转 化 , 导 致平 均 孔洞 及 裂纹 深 度减 小 , 所 以双 电层 电容减 小 . 比 较 参数 的总 阻值 , 总 阻抗 也 随着 浸 渍 时间 的增加 而增 大 , 表 明 了锈层 抵抗 外 界腐 蚀 的 能力 的增 强 与 L 增 大是 相对 应 的 . .2 3 交 流 阻抗 与 失重 实验 的 比较 分 别 以 1 “ 试 样 的相对 扩 散距 离 、 腐蚀 率 、 阻 抗 的 耐蚀 率 为 10 % , 计 算其 他 试 样 的相对 耐 蚀 率 , 结 果如 图 3 . 虽 然各 个参 数 比 较 的结果 不尽 相 同 , 但 总的 规律 是相似 的 . 即随着 时间 的延 长 , 耐 候钢 的耐 蚀 能力在 增 强 , 这种 作用 是 由于 内锈层 的不 断 增 厚所 致 . 用 不 同参 数 比 较 的结果 不 同 , 可 能原 因 是 受 到外 锈 层 的影 响 . 表 l 试样 交流 阻抗谱 的拟 合参数 aT b l e 1 Si m u l a血9 P a r a m e t e sr for m E I S o f t h e s a m P l e s 样 品号 L / 10 一 4m W s R / 0 W s T/ 1 0 一 8 5 C P E - T C P E - P 总阻抗 R / n %462914 曰`6 , 苦 八O R : / Q 2 2 8 . 9 2 5 1 . 3 3 20 . 3 4 33 . 4 C , / 。 F 6 . 4 2 9 4 . 4 9 0 4 . 3 9 0 3 . 3 6 7 5 . 6 7 5 6 . 7 3 4 7 . 16 9 7 . 2 4 0 3 12 . 8 W S P 0 . 5 、一ù戈曰ùō … 3 6 3 00 . 6 3 7 3 . 5 4 5 3 . 7 3 2 . 2 10 4 5 . 3 50 5 1 . 3 9 7 52 . 4 2 3 0 . 0 04 7 4 0 . 0 0 5 3 7 0 . 0 0 3 3 0 0 . 0 0 8 8 8 0 . 2 0 4 0 6 0 . 7 7 9 2 1 0 . 3 6 1 3 7 0 . 2 8 3 0 0 创’矛尸3 日 1 口 … _ 口 2 脚 口 3 “ 一 黝 刻 瘫 · 霜} . 霜{ } 相 对扩 散距 离 腐 蚀速 率 图 3 相 对耐蚀 率 阻 抗 n g . 3 eR l a ivt e ar et s o f e o r or s i o n 一代 s is at n e e 3 结 论 ( l) 应用 干湿 浸 渍循 环 腐蚀 实验 , 可 以得 到耐 候 钢不 同形成 阶 段 的锈 层试 样 . (2 ) 应用 交 流 阻抗 实验 方法 , 可 以获得 比较 丰 富 的表 征锈 层结 构 和性 能 的 电化学 参数 . 应用 这 些 参数 可 以有效 分 析耐 候钢 内锈层 , 并对 其耐 蚀 性 能进行 定量 判 断 . 这 是 比 较 快速 有效 的判定 内 锈层 形成 和 评估 内锈层 耐 蚀性 能 的方法 . 参 考 文 献 【l] 屈 庆 , 严 川伟 , 曹楚南 . 金 属大气腐 蚀实 验技术 进展 . 腐蚀 科学 与防护 技术 , 2 0 0 3 , 一5( 4 ) : 2 17 2[ ] 张 万灵 , 刘 建容 . 交 流阻 抗法对 耐候钢 耐蚀 行 为的研 究 . 钢铁研 究 , 1 99 6 , 5 ( 1) : 3 9 3[] 王振 尧 , 于 国才 . 钢 的大气 暴露 腐蚀 与室 内模拟 加速腐 蚀 的相关 性 . 腐蚀科 学 与防 护技术 , 20 04 , 16 ( 2) : 70 4[ ] 杨松 柏 . 耐候 钢周 期性浸 润腐 蚀实 验方法 的研 究 . 铁道 技 术监督 , 19 9 6 , 2 : 7 5[ 〕 张全成 , 吴 健 生 . 耐候 钢表 面锈 层形 成机理 的研 究 . 腐 蚀 科 学与 防护技 术 , 2 00 一 , 23 ( 3 ) : 一4 3 6[ ] 王 建军 , 郭 小丹 . 海洋 大气 暴露 3 年 的炭钢 与耐候 钢表 面 锈 层分析 . 腐 蚀与 防护 . 2 00 2 , 2 3 ( 7) : 2 5 5 【7] 杨 晓梅 . 大气腐 蚀研 究中 钢锈层 的光 谱分析 . 光谱 学与 光 谱 分析 , 2 0 0 0 , 12 0 ( 13 ) : 34 7 [ 8 ] M i s a w a T, H as h iln o t o .K Sh im o d a iar 5 . 乃 c m e e h an i sm o f at - om s Ph e ir e ur s t ign an d ht e P ort e e ti v e am o pr h o us usr t on I o w a l l o y s et e l · C o r m , S e i , 19 7 4 , 14 ( 3) : 13 1 E v a l u at i o n o f w e a t h e r i n g s t e e l , 5 e o mr s i o n 一 er s i s t an t P e r fo mr an e e s 尸侧口 iX uy xu), YU E L扩砂气 环月刃召 L o n g阴 ise 气 Z厅刁刃 G iJ卿 un ,气 乙队咬万G 万n g , , l ) M e at l】峰 i e al an d E e o l o g i e a l E gn ien emr g S e h o o l , U in v e r s i ty o f s e i e n c e an d eT c hn o l o g y B e ij in g , B e ij i n g l 0 0 0 8 3 . C h ian 2) S e h o o l o f M e e h翅 e ia E gn in e e n n g , N o rt h e a s t U n i v e r s i饥 Sh e ny an g l l 0 0 3 1 , C ihn a 3 ) C e n atr l ih s t itu t e o f lor n an d s t e e l eT e hn o 1 0 g y , B e ij ign l 0 0 0 8 1 , Ch i n a A B S T R A C T hT e ru s t l a y e r o f a w e a t h e ir n g s t e e l w a s o b at in e d b y u s in g dry 一 w e t e i o l e te s t a n d hte n an a l yz e d b y E l e e otr e h e m i e a l Im P e d an c e S P e e tID s e oP y ( EI S ) w i t h an e s atb li s h e d e qu i v a l e in e l e e itr e a l e i兀u it . hT e re s u lt s i n d i - e ate d ht at ht e t e e lm iqu e o f E IS t e s t e o u ld b e u s e d t o an a lyz e e h ar e t e ir s t i e s o f ht e 1n er ru s t 1 a y e r o f ht e w e aht e r 1n g s te e l e fe e t i v e l.y hT e e o m b i n at i o n o f d ry 一 w e t e 加l e t e s t an d E IS t e s t w o u l d b e ap P li e d ot e v a l u at e ht e w e a t h e r in g s te e l , 5 e o mr s i o n 一 er s i s at n t P e ifo mr a n e e r a P id l y a n d er a s o n ab ly . K E Y W O R D S d yr 一 w e t e io l e s t e s t: w e hat e ir n g s t e e l: ur s t: e l e e tID e h e m i e a l i m P e d an e e s P e e otr s e o P y