582 北京科技大学学报 第32卷 CT大气环境中初期腐蚀的电化学规律的研究，报 面电位变化趋势分析，探讨了碳钢、耐候钢在含CT 道很少. 环境中大气腐蚀初期行为规律的差异及其对后续腐 扫描Kevn探针(SKP)技术也称为振动电容 蚀行为的影响，试图对碳钢和耐候钢在高含CT大 法，其作为金属腐蚀的一种新兴的研究方法具有较 气薄液膜下初期腐蚀的电化学规律及其差异进行系 高的灵敏度和分辨率可以提供丰富的大气腐蚀初 统的探讨. 期的机理信息5-.该技术己经应用于金属有机涂 1实验方法 层界面的电化学反应、极薄液层下的氧化还原反应 的研究，在非接触检测金属表面状态领域有广阔的 实验所采用的材料为Q235碳钢和Q450NQR 应用前景.本文主要采用这种技术，研究了CT作 耐候钢，实验材料的化学成分见表1电极试样规格 用下Q②35和Q450QR两种钢在大气腐蚀初期的 为10m义10四采用环氧树脂封样，水磨砂纸逐 电化学性能和腐蚀规律.通过对SP测试获得的表 级打磨至1500无水乙醇擦洗冷风吹干待用. 表1实验用材料的化学成分（质量分数） Table 1 Chem icalomposition ofQ450 and Q235 % 钢号 C Si Mn P Cu Ni Cr Fe Q235 016 020 0.61 <0.023 <0019 其余 Q450NQR1 0067 019 1.36 0.004 0017 036 019 057 其余 盐雾实验使用美国As公司的X000型循 (a为Q35碳钢，(b)为Q450NQR耐候钢.从扫 环腐蚀盐雾箱，采用5%士0.5%中性NC溶液连 描电镜照片可以看出，碳钢在盐雾腐蚀初期呈现出 续盐雾，盐雾温度为45±1℃箱体温度为35土1℃， 局部腐蚀的特征，出现明显的大小不一的锈斑， 取样时间分别为15、60和120m识盐雾实验后进行 Q450NQR耐候钢的锈斑比Q235碳钢的锈斑更细 形貌观察和SKP测试. 小一些，但差别不大.对典型锈斑进行D能谱分 扫描K©v探针(SKP)测试使用PAR70电 析发现Q450NQR耐候钢的锈斑中明显含有微量 化学扫描工作站，测试在室温空气中进行，采用面扫 合金元素，两种碳钢锈层的EDS能谱具体分析结果 描Step Scang模式，扫描步长为100u四扫描面积 见表2其中只对几种重要的元素进行了分析. 5000μm义5000μ四探针振动振幅30μ四探针距试 由表2可以看出：两种碳钢锈层中都含有大量 样表面平均距离控制在1004m左右.测试前采用 的FO元素，说明碳钢锈层的主要成分为含铁的 饱和甘汞电极(SE对扫描Kevm探针测试系统进 氧化物：Q235锈层中的氧含量又高于Q450NQR 行校正 说明Q235碳钢的腐蚀要比Q450NQR1耐候钢严 重；锈层中都含有C元素，说明CT参与了碳钢锈 2结果与讨论 层的形成过程，对碳钢的腐蚀有着重要的作用：另外 2.1腐蚀形貌和腐蚀产物 Q450NQR耐候钢中的微量合金元素如CCu等在 图1为盐雾实验进行120m后两种碳钢表面 锈层中发生富集对耐候钢的锈层结构及性质产生 的扫描电镜照片和典型锈层的EDS能谱图，其中 一定影响. 表2碳钢盐雾实验120m后腐蚀产物主要元素的DS能谱分析结果（质量分数） Table2 DS resu lts of corrosion prduc ts of the ca tbon steel afer120m n salt spray % 钢号 0 CI Fe Mn Cr Cu 总和 Q235 2227 1.27 7646 10000 Q450NQR1 19.91 099 7644 1.15 1.09 043 10000 在盐雾环境中，碳钢表面会迅速形成一层很薄 素，此外腐蚀也易在M血SFS类表面夹杂物附近率 的含NC电解质的液膜，由于CT对钢的侵蚀性非 先发生.碳钢表面形成薄液膜后发生的电化学腐 常强8-山，引起碳钢表面氧化膜的破裂使其成为阳 蚀阳极过程为铁的溶解阴极过程为氧的还原，结 极区域而腐蚀，所以碳钢锈层中含有少量的C元 果生成大量的铁的氧化物及羟基氧化物，形成一层北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 Cl -大气环境中初期腐蚀的电化学规律的研究, 报 道很少 . 扫描 Kelvin探针 (SKP)技术也称为振动电容 法 ,其作为金属腐蚀的一种新兴的研究方法,具有较 高的灵敏度和分辨率, 可以提供丰富的大气腐蚀初 期的机理信息 [ 5--7] .该技术已经应用于金属 /有机涂 层界面的电化学反应、极薄液层下的氧化还原反应 的研究 ,在非接触检测金属表面状态领域有广阔的 应用前景 .本文主要采用这种技术, 研究了 Cl -作 用下 Q235和 Q450NQR1两种钢在大气腐蚀初期的 电化学性能和腐蚀规律.通过对 SKP测试获得的表 面电位变化趋势分析 ,探讨了碳钢 、耐候钢在含 Cl - 环境中大气腐蚀初期行为规律的差异及其对后续腐 蚀行为的影响 , 试图对碳钢和耐候钢在高含 Cl -大 气薄液膜下初期腐蚀的电化学规律及其差异进行系 统的探讨 . 1 实验方法 实验所采用的材料为 Q235 碳钢和 Q450NQR1 耐候钢,实验材料的化学成分见表 1.电极试样规格 为 10 mm×10 mm,采用环氧树脂封样, 水磨砂纸逐 级打磨至 1 500#,无水乙醇擦洗,冷风吹干待用. 表 1 实验用材料的化学成分(质量分数) Table1 ChemicalompositionofQ450 andQ235 % 钢号 C Si Mn S P Cu Ni Cr Fe Q235 0.16 0.20 0.61 <0.023 <0.019 — — — 其余 Q450NQR1 0.067 0.19 1.36 0.004 0.017 0.36 0.19 0.57 其余 盐雾实验使用美国 Atlas公司的 CCX2000型循 环腐蚀盐雾箱, 采用 5% ±0.5%中性 NaCl溶液连 续盐雾 ,盐雾温度为 45 ±1 ℃,箱体温度为 35 ±1℃, 取样时间分别为 15、60和 120 min.盐雾实验后进行 形貌观察和 SKP测试 . 扫描 Kelvin探针(SKP)测试使用 PARM370电 化学扫描工作站 ,测试在室温空气中进行 ,采用面扫 描 StepScan模式 , 扫描步长为 100 μm, 扫描面积 5 000μm×5000 μm,探针振动振幅 30μm,探针距试 样表面平均距离控制在 100 μm左右.测试前采用 饱和甘汞电极(SCE)对扫描 Kelvin探针测试系统进 行校正 . 2 结果与讨论 2.1 腐蚀形貌和腐蚀产物 图 1为盐雾实验进行 120 min后两种碳钢表面 的扫描电镜照片和典型锈层的 EDS能谱图 , 其中 (a)为 Q235碳钢 , (b)为 Q450NQR1耐候钢 .从扫 描电镜照片可以看出 ,碳钢在盐雾腐蚀初期呈现出 局部腐蚀的特征 , 出现明显的大小不一的锈斑, Q450NQR1耐候钢的锈斑比 Q235碳钢的锈斑更细 小一些,但差别不大.对典型锈斑进行 EDS能谱分 析发现, Q450NQR1耐候钢的锈斑中明显含有微量 合金元素 ,两种碳钢锈层的 EDS能谱具体分析结果 见表 2,其中只对几种重要的元素进行了分析. 由表 2可以看出 :两种碳钢锈层中都含有大量 的 Fe、O元素, 说明碳钢锈层的主要成分为含铁的 氧化物;Q235 锈层中的氧含量又高于 Q450NQR1, 说明 Q235 碳钢的腐蚀要比 Q450NQR1 耐候钢严 重;锈层中都含有 Cl元素 , 说明 Cl -参与了碳钢锈 层的形成过程 ,对碳钢的腐蚀有着重要的作用;另外 Q450NQR1耐候钢中的微量合金元素如 Cr、Cu等在 锈层中发生富集, 对耐候钢的锈层结构及性质产生 一定影响 . 表 2 碳钢盐雾实验 120min后腐蚀产物主要元素的 EDS能谱分析结果(质量分数) Table2 EDSresultsofcorrosionproductsofthecarbonsteelafter120minsaltspray % 钢号 O Cl Fe Mn Cr Cu 总和 Q235 22.27 1.27 76.46 — — — 100.00 Q450NQR1 19.91 0.99 76.44 1.15 1.09 0.43 100.00 在盐雾环境中, 碳钢表面会迅速形成一层很薄 的含 NaCl电解质的液膜,由于 Cl -对钢的侵蚀性非 常强 [ 8--11] ,引起碳钢表面氧化膜的破裂使其成为阳 极区域而腐蚀 , 所以碳钢锈层中含有少量的 Cl元 素, 此外腐蚀也易在 MnS、FeS类表面夹杂物附近率 先发生.碳钢表面形成薄液膜后发生的电化学腐 蚀, 阳极过程为铁的溶解, 阴极过程为氧的还原, 结 果生成大量的铁的氧化物及羟基氧化物 ,形成一层 · 582·