黄涛等：光照对Q450NQR1耐候钢在干湿交替下腐蚀行为的影响 ·1763· 等.目前针对温度、相对湿度、盐粒和污染性气体这些 脂，并用去离子水冲洗、乙醇溶液擦拭、吹干后在干燥 因素研究得比较系统深入：对于光照，主要指可见 器中备用. 光的照射，对耐候钢在大气环境中的腐蚀影响研究比 1.2实验方法 较少，已有的研究也只是集中在光照下金属表面形成 1.2.1千湿交替实验 的具有半导体性质的腐蚀产物膜对腐蚀过程的影 周期浸润加速腐蚀实验是实验室研究钢铁材料在 响问，而光照对腐蚀过程中金属表面腐蚀产物状态、薄 大气腐蚀过程的常用实验方法.实验中将加工好的试 液膜变化及腐蚀产物形成规律并无太多关注和研究. 样悬挂在周期浸润轮式实验机上·试样随实验架在溶 一般而言，光照对金属腐蚀过程的影响表现在两 液中经历浸渍一润湿一干燥周期性的腐蚀.周期浸润实 方面：一是金属表面形成的腐蚀产物大多具有半导体 验箱的相对湿度、溶液温度、循环周期、干湿时间比等 的性质，在光照辐射下产生光伏打效应，会形成电子和 参数均可调.本实验设置的参数为：采用质量分数2% 空穴，使物质表面的电荷分布状态发生变化，加速或抑 的NaCl溶液为浸渍溶液；溶液温度为(30±2)℃；实 制腐蚀过程进行：二是光照可通过影响金属表面电 验箱内湿度为80%±5%：干湿交替的循环周期为60 解薄液膜的厚度影响腐蚀反应的阴、阳极过程.对于 min,其中浸润时间为(12±l)min.通过实验箱内烘烤 前一方面，早期研究”表明金属材料暴露在大气环境 灯来调节光照，烘烤灯功率275W,光强约30x,实验 中受到光照辐射，其表面腐蚀产生的钝化膜对金属有 条件以每24h设置为无光照、半黑暗半光照（即每24h 缓蚀效应：有研究者研究各种辐射对金属材料大气腐 内前12h无光照，后12h有光照)和全光照三种实验 蚀影响，宋立英四重点研究紫外辐射对碳钢/耐候钢 条件.实验时间设置为24、48、72和96h,每周期平行 的影响机制，检测到光致电压及电流密度，证实这种半 试样三个，实验过程中每24h向实验槽内补加500mL 导体腐蚀产物对金属大气腐蚀的影响.但是，对于后 的去离子水 一方面缺乏充分地研究.我国青岛、舟山、西沙等几类 1.2.2腐蚀产物的表征 大气腐蚀实验站，除温度、相对湿度、空气污染物、盐离 为了观察试样表面腐蚀产物形貌及厚度，采用日 子沉降量等有区别外，最明显也是易忽略的一个区别 本HITACHⅡ-4300型扫描电镜对试样表面腐蚀产物形 就是它们所处的纬度甚至海拔都不同，因而所受到的 貌及经环氧树脂镶嵌后的试样横截面进行观察.刮取 光照也不同.但是不同的实验地点，可能存在环境温 试样表面腐蚀产物，通过PHILIPS公司生产的APDH0 度、相对湿度、盐离子沉降量、空气污染性气体等参数 型全自动X射线衍射仪来测定腐蚀产物物相. 致的情况下，因光照的不同出现金属材料腐蚀情况 1.2.3线性极化测试 不同的现象，这一方面的研究甚少，缺乏相关的实验证 通过在试样自腐蚀电位附近的微小极化来测试金 据，腐蚀过程机制也不明确.自然环境下金属表面接 属腐蚀速率，根据E-」(E为电位，I为电流密度)极化 受的太阳光照中，可见光占总辐射能量的约50%，紫 曲线近似的直线关系获得直线的斜率R值，即极化阻 外辐射只占约7%.Song等0关于紫外辐射对金属腐 抗，从而判断材料的腐蚀速率情况.使用美国普林斯 蚀的影响研究得较为系统.因此，本文主要研究可见 顿公司273A电化学工作站对实验钢带锈试样进行线 光照对金属材料在大气腐蚀中的影响 性极化测试.测试溶液为质量分数2%的NaCl溶液， 在实验室条件下对Q450NQR1耐候钢进行干湿交 实验装置使用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极 替实验，用以模拟实际海洋大气腐蚀状况，研究其在无 (SCE),辅助电极为铂(P)电极，工作电极为腐蚀96h 光照、半光照和全光照条件下的腐蚀速率、形貌及腐蚀 后带锈的实验钢，扫描速率l0mV·min.工作电极暴 产物形成规律，并探讨其影响金属腐蚀过程的机制. 露约10mm×10mm的工作面，另一面锡焊焊接上铜 线，其余部分用环氧树脂封装，待干后将试样工作面经 1实验材料和方法 1000砂纸细磨至表面无划痕，最后放入周浸加速腐蚀 1.1实验材料 实验箱进行实验 实验材料为工业生产的耐候钢Q450NOR1,其化 2结果与讨论 学成分如表1（质量分数）所示.试片的尺寸为60mm× 40mm×4mm,表面进行打磨，实验前用丙酮除表面油 2.1腐蚀速率 腐蚀速率是根据每周期下三个平行试样的平均腐 表1实验钢Q450NQR1的化学成分（质量分数） 蚀质量损失，进而求得腐蚀速率的平均值，反映的是某 Table 1 Chemical composition of the test steel Q450NQRI 段时间内平均腐蚀速率Cm（mm'a).图1是腐蚀速 C P Mn Si Cr Ni Cu Nb 率和截面锈层厚度与腐蚀周期关系的曲线.由图可 0.0750.00680.0120.800.390.500.190.240.035 知：试样在半光照条件下其腐蚀速率最大，至96h时黄 涛等: 光照对 Q450NQＲ1 耐候钢在干湿交替下腐蚀行为的影响 等． 目前针对温度、相对湿度、盐粒和污染性气体这些 因素研究得比较系统深入［1--4］; 对于光照，主要指可见 光的照射，对耐候钢在大气环境中的腐蚀影响研究比 较少，已有的研究也只是集中在光照下金属表面形成 的具有半导体性质的腐蚀产物膜对腐蚀过程的影 响［5］，而光照对腐蚀过程中金属表面腐蚀产物状态、薄 液膜变化及腐蚀产物形成规律并无太多关注和研究． 一般而言，光照对金属腐蚀过程的影响表现在两 方面: 一是金属表面形成的腐蚀产物大多具有半导体 的性质，在光照辐射下产生光伏打效应，会形成电子和 空穴，使物质表面的电荷分布状态发生变化，加速或抑 制腐蚀过程进行［6］; 二是光照可通过影响金属表面电 解薄液膜的厚度影响腐蚀反应的阴、阳极过程． 对于 前一方面，早期研究［7］表明金属材料暴露在大气环境 中受到光照辐射，其表面腐蚀产生的钝化膜对金属有 缓蚀效应; 有研究者研究各种辐射对金属材料大气腐 蚀影响［8］，宋立英［9］重点研究紫外辐射对碳钢/耐候钢 的影响机制，检测到光致电压及电流密度，证实这种半 导体腐蚀产物对金属大气腐蚀的影响． 但是，对于后 一方面缺乏充分地研究． 我国青岛、舟山、西沙等几类 大气腐蚀实验站，除温度、相对湿度、空气污染物、盐离 子沉降量等有区别外，最明显也是易忽略的一个区别 就是它们所处的纬度甚至海拔都不同，因而所受到的 光照也不同． 但是不同的实验地点，可能存在环境温 度、相对湿度、盐离子沉降量、空气污染性气体等参数 一致的情况下，因光照的不同出现金属材料腐蚀情况 不同的现象，这一方面的研究甚少，缺乏相关的实验证 据，腐蚀过程机制也不明确． 自然环境下金属表面接 受的太阳光照中，可见光占总辐射能量的约 50% ，紫 外辐射只占约 7% ． Song 等［10］关于紫外辐射对金属腐 蚀的影响研究得较为系统． 因此，本文主要研究可见 光照对金属材料在大气腐蚀中的影响． 在实验室条件下对 Q450NQＲ1 耐候钢进行干湿交 替实验，用以模拟实际海洋大气腐蚀状况，研究其在无 光照、半光照和全光照条件下的腐蚀速率、形貌及腐蚀 产物形成规律，并探讨其影响金属腐蚀过程的机制． 1 实验材料和方法 1. 1 实验材料 实验材料为工业生产的耐候钢 Q450NQＲ1，其化 学成分如表1 ( 质量分数) 所示． 试片的尺寸为 60 mm × 40 mm × 4 mm，表 面进行打磨，实验前用丙酮除表面油 表 1 实验钢 Q450NQＲ1 的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the test steel Q450NQＲ1 % C S P Mn Si Cr Ni Cu Nb 0. 075 0. 0068 0. 012 0. 80 0. 39 0. 50 0. 19 0. 24 0. 035 脂，并用去离子水冲洗、乙醇溶液擦拭、吹干后在干燥 器中备用． 1. 2 实验方法 1. 2. 1 干湿交替实验 周期浸润加速腐蚀实验是实验室研究钢铁材料在 大气腐蚀过程的常用实验方法． 实验中将加工好的试 样悬挂在周期浸润轮式实验机上． 试样随实验架在溶 液中经历浸渍--润湿--干燥周期性的腐蚀． 周期浸润实 验箱的相对湿度、溶液温度、循环周期、干湿时间比等 参数均可调． 本实验设置的参数为: 采用质量分数 2% 的 NaCl 溶液为浸渍溶液; 溶液温度为( 30 ± 2) ℃ ; 实 验箱内湿度为 80% ± 5% ; 干湿交替的循环周期为 60 min，其中浸润时间为( 12 ± 1) min． 通过实验箱内烘烤 灯来调节光照，烘烤灯功率 275 W，光强约 30 lx，实验 条件以每 24 h 设置为无光照、半黑暗半光照( 即每 24 h 内前 12 h 无光照，后 12 h 有光照) 和全光照三种实验 条件． 实验时间设置为 24、48、72 和 96 h，每周期平行 试样三个，实验过程中每 24 h 向实验槽内补加 500 mL 的去离子水． 1. 2. 2 腐蚀产物的表征 为了观察试样表面腐蚀产物形貌及厚度，采用日 本 HITACHI--4300 型扫描电镜对试样表面腐蚀产物形 貌及经环氧树脂镶嵌后的试样横截面进行观察． 刮取 试样表面腐蚀产物，通过 PHILIPS 公司生产的 APD--10 型全自动 X 射线衍射仪来测定腐蚀产物物相． 1. 2. 3 线性极化测试 通过在试样自腐蚀电位附近的微小极化来测试金 属腐蚀速率，根据 E--I ( E 为电位，I 为电流密度) 极化 曲线近似的直线关系获得直线的斜率 Ｒp值，即极化阻 抗，从而判断材料的腐蚀速率情况． 使用美国普林斯 顿公司 273 A 电化学工作站对实验钢带锈试样进行线 性极化测试． 测试溶液为质量分数 2% 的 NaCl 溶液， 实验装置使用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极 ( SCE) ，辅助电极为铂( Pt) 电极，工作电极为腐蚀 96 h 后带锈的实验钢，扫描速率 10 mV·min － 1 ． 工作电极暴 露约 10 mm × 10 mm 的工作面，另一面锡焊焊接上铜 线，其余部分用环氧树脂封装，待干后将试样工作面经 1000# 砂纸细磨至表面无划痕，最后放入周浸加速腐蚀 实验箱进行实验． 2 结果与讨论 2. 1 腐蚀速率 腐蚀速率是根据每周期下三个平行试样的平均腐 蚀质量损失，进而求得腐蚀速率的平均值，反映的是某 段时间内平均腐蚀速率 Corr ( mm·a － 1 ) ． 图 1 是腐蚀速 率和截面锈层厚度与腐蚀周期关系的曲线． 由图可 知: 试样在半光照条件下其腐蚀速率最大，至 96 h 时 ·1763·