動靜態(tài)服役環(huán)境下SPHC鋼腐蝕行為對比

陳亞軍，周律，李柯，宋肖肖，王漢森，張超，任凱旭，王加余

動靜態(tài)服役環(huán)境下SPHC鋼腐蝕行為對比

陳亞軍1，周律1，李柯1，宋肖肖1，王漢森1，張超1，任凱旭2，王加余2

（1.中國民航大學(xué)，天津 300300；2.中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300162）

研究SPHC鋼在不同服役環(huán)境下腐蝕行為的差異性。采用戶外暴露法對SPHC鋼進(jìn)行長達(dá)18個月的動靜態(tài)暴露試驗(yàn)，取樣時間分別為暴露后的 3、6、9、12、18個月。通過腐蝕動力學(xué)測試、SEM（掃描電子顯微鏡）、XRD（X射線衍射）、電化學(xué)測試，分別評價(jià)SPHC鋼在一定時長大氣暴露后的平均腐蝕速率、腐蝕產(chǎn)物形貌、腐蝕產(chǎn)物成分以及銹層的耐蝕性。暴露3個月時，動態(tài)暴露下SPHC鋼的腐蝕速率和銹層厚度均大于靜態(tài)暴露試樣，在暴露6個月時被靜態(tài)暴露試樣反超。隨后，動靜態(tài)暴露下SPHC鋼的腐蝕速率均緩慢下降，銹層厚度逐漸增加。動態(tài)試樣表面檢測出靜態(tài)試樣表面未檢測到的β-FeOOH和SiO2，動態(tài)試樣自腐蝕電流小于同期的靜態(tài)試樣，銹層電阻則相反。由于動態(tài)暴露過程中服役環(huán)境不斷變化，導(dǎo)致SPHC鋼初期腐蝕產(chǎn)物中含有β-FeOOH和SiO2，增大初期試樣表面的反應(yīng)活性區(qū)域，加速初期腐蝕。隨著暴露時間的延長，β-FeOOH和SiO2雖然使得SPHC鋼難以形成如靜態(tài)暴露般均勻致密的銹層，但是提高了銹層電阻，增強(qiáng)了SPHC鋼的耐蝕性，抑制了腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

SPHC鋼；戶外暴露；動靜態(tài)服役；SiO2；腐蝕行為對比

碳鋼作為常見的工程用材，廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)[1-2]，其服役過程中易受大氣腐蝕的影響[3]，不僅會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，也會對人類的健康和安全造成危害[4-5]。目前針對碳鋼的大氣腐蝕研究方法都是以靜態(tài)暴露為主[6-7]，或輔以室內(nèi)加速試驗(yàn)[8-9]，這些方法雖然能在一定程度上反映靜止不動的金屬設(shè)施、建筑物的實(shí)際服役狀況，但是很難準(zhǔn)確對汽車、輪船等服役工況為動態(tài)行駛和靜態(tài)停放結(jié)合的交通工具材料進(jìn)行評估。當(dāng)車輛靜止時，碳鋼的服役工況與靜態(tài)大氣腐蝕基本一致；當(dāng)車輛行駛時，不僅碳鋼的服役環(huán)境會跟隨汽車的運(yùn)動發(fā)生變化，而且行駛速度和頻率也會對腐蝕行為產(chǎn)生影響。因此，靜態(tài)暴露試驗(yàn)的結(jié)果并不能很好地驗(yàn)證在實(shí)際動態(tài)服役工況下的腐蝕規(guī)律。綜上所述，開展基于實(shí)際服役工況的動態(tài)大氣腐蝕試驗(yàn)，并與傳統(tǒng)的靜態(tài)暴露試驗(yàn)結(jié)果對比，對2種試驗(yàn)條件下碳鋼腐蝕行為的差異性進(jìn)行研究具有重要的工程意義和價(jià)值。

目前雖未有動態(tài)大氣環(huán)境下碳鋼腐蝕規(guī)律及機(jī)理系統(tǒng)性的分析研究，但是已有大量關(guān)于靜態(tài)大氣腐蝕規(guī)律分析的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。許多研究表明，溫濕度、降雨等自然氣象因素均與碳鋼的腐蝕息息相關(guān)[10-11]，同時腐蝕速率以及腐蝕產(chǎn)物的成分和形貌也與空氣中氯化物、硫化物含量有著密切聯(lián)系[12-13]。碳鋼在大氣環(huán)境中腐蝕介質(zhì)的電化學(xué)作用下，主要的腐蝕產(chǎn)物為γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4，并且在高濕度的環(huán)境中，電化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生[14]。在海洋大氣環(huán)境中，年平均風(fēng)速影響Cl–在試樣表面的沉積量[15]，當(dāng)Cl–濃度達(dá)到一定程度時，會將γ-FeOOH轉(zhuǎn)化為β-FeOOH，從而加速碳鋼的腐蝕[16]。在工業(yè)環(huán)境中，SO2的大量沉積會使得表面的腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)“巢”狀結(jié)構(gòu)，使得空氣中的介質(zhì)更易附著在試樣表面[17-18]。因此，在不同工況下進(jìn)行服役會使得金屬材料在靜態(tài)暴露下的大氣腐蝕產(chǎn)物不盡相同，相比之下動態(tài)暴露過程中由于車輛行駛過程的影響，材料的腐蝕行為較靜態(tài)暴露更為復(fù)雜，影響因素更為多源。此外，基于大量的靜態(tài)暴露試驗(yàn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布了自然環(huán)境下的靜態(tài)暴露大氣腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[19-20]，為動態(tài)大氣腐蝕試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供了參考。

本文針對碳鋼在動態(tài)大氣環(huán)境中的腐蝕問題，以車身常用材料熱軋鋼板（Steel Plate Heat Commercial，SPHC）作為研究對象，設(shè)計(jì)了實(shí)車服役工況下的動態(tài)暴露試驗(yàn)，并同期開展了自然環(huán)境下的靜態(tài)大氣暴露試驗(yàn)。結(jié)合腐蝕動力學(xué)測試、腐蝕產(chǎn)物形貌及成分分析、電化學(xué)測試，研究了SPHC鋼在天津動靜態(tài)大氣環(huán)境下腐蝕行為的差異性，得到了SPHC鋼腐蝕速率、腐蝕產(chǎn)物成分及銹層耐蝕性等隨著動靜態(tài)暴露時間延長的演變規(guī)律。

1 試驗(yàn)

1.1 材料和動靜態(tài)暴露試驗(yàn)

試驗(yàn)材料選用車身常用材料熱軋鋼板SPHC，其主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為C 0.02%，Si 0.01%，Mn 0.18%，P 0.01%，S 0.01%，余量為Fe。加工成尺寸為50 mm×25 mm×3 mm的矩形板。按照GB/T 14165—2008《金屬及合金—大氣腐蝕試驗(yàn)—現(xiàn)場試驗(yàn)的總要求》對試樣進(jìn)行預(yù)處理，包括打磨、除污、除油及干燥，對試樣進(jìn)行原始質(zhì)量稱量，記錄并編號。取樣時間為試驗(yàn)開始后的3、6、9、12和18個月，每次回收4片平行試樣。對按期取回的試樣進(jìn)行腐蝕動力學(xué)分析、銹層形貌觀察、腐蝕產(chǎn)物組分分析、電化學(xué)阻抗及電位極化曲線測試，其中腐蝕動力學(xué)分析用2片，銹層形貌觀察和腐蝕產(chǎn)物組分分析用1片，電化學(xué)相關(guān)測試用1片。

為了試驗(yàn)方便，在天津簽訂了日常行駛區(qū)域主要為天津市東麗區(qū)的特約試驗(yàn)車輛開展動態(tài)暴露試驗(yàn)。首先將預(yù)處理后的SPHC鋼試樣安裝在聚四氟乙烯板上，SPHC鋼試樣與聚四氟乙烯板支架通過塑料螺母隔開。然后在試驗(yàn)車輛底盤兩側(cè)縱梁上通過螺栓固定好平行于車身的聚四氟乙烯支架板，從而把SPHC試樣固置在車輛的底盤上。每次對角摘取等數(shù)量試樣。

大氣環(huán)境下的靜態(tài)暴露試驗(yàn)同樣按照GB/T 14165—2008要求開展，試樣與水平面呈45°且正面朝南暴曬。試驗(yàn)地點(diǎn)選在天津市東麗區(qū)開展，地理坐標(biāo)為北緯39.15°，東經(jīng)117.39°。動靜態(tài)暴露試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 室外暴露試驗(yàn)裝置

1.2 腐蝕動力學(xué)測試

依照GB/T 16545—2015《金屬和合金的腐蝕–腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》配置除銹液，用于去除試樣表面銹層，使用丙酮和蒸餾水超聲處理后，熱風(fēng)干燥稱量，按照式（1）計(jì)算腐蝕速率。

式中：corr為腐蝕速率，μm/a；1為試樣的原始質(zhì)量，g；2為除銹后試樣的質(zhì)量g；Δ為暴露試驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量損失，g，Δ=1–2；為試樣初始密度，=7.86 g/cm3；為試樣表面積，m2；為該試樣進(jìn)行大氣暴露實(shí)驗(yàn)的時長，a。

1.3 腐蝕形貌及腐蝕產(chǎn)物測試

使用掃描電子顯微鏡（HitachiS-3400）觀察待測試樣橫截面及表面的腐蝕微觀形貌；使用Rigaku Smartlab SE型X射線多晶衍射儀進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析，衍射角范圍為10°～90°，掃描速度為5 (°)/min，并用JADE軟件進(jìn)行結(jié)果標(biāo)定。

1.4 電化學(xué)測試

借助PARSTAT 2273電化學(xué)工作站采用三電極體系進(jìn)行電化學(xué)測試，飽和Ag/AgCl(Sat. KCl)作為參比電極，Pt片作為輔助電極，待測試樣為工作電極，其工作面積為1 cm2，電解質(zhì)溶液選用3.5%的NaCl溶液。電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試頻率范圍為10 mHz～ 1 MHz，極化曲線測試以0.5 mV/s的速率在–0.5～ 0.5 V（vs. OCP）電位區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。所有測試均在室溫下開展。

2 結(jié)果討論

2.1 腐蝕動力學(xué)分析

動靜態(tài)暴露后的SPHC鋼表面銹層宏觀形貌如圖2所示。靜態(tài)暴露3個月后，表面紅褐色銹層尚未完全覆蓋，可以觀察到部分裸露的基體。隨著靜態(tài)暴露時間延長，銹層將基體完全覆蓋，且銹層的顏色逐漸加深。動態(tài)暴露3個月時，試樣表面銹層已經(jīng)將基體完全覆蓋，表明暴露初期，動態(tài)暴露試樣受到腐蝕的影響更為嚴(yán)重。動態(tài)暴露6個月時，試樣表面銹層逐漸附著一層雜質(zhì)，并且隨著暴露時間增加，表面雜質(zhì)更為明顯。

腐蝕質(zhì)量損失測試結(jié)果如圖3a所示。除了暴露3個月以外，其余取樣時間點(diǎn)靜態(tài)試樣的腐蝕質(zhì)量損失均大于動態(tài)試樣。隨著暴露時間延長，2種服役條件下試樣的質(zhì)量損失量均呈現(xiàn)增加趨勢。根據(jù)式（1）得到腐蝕速率的變化趨勢如圖3b所示。與質(zhì)量損失量相同，除了暴露3個月，動態(tài)試樣的平均腐蝕速率均小于靜態(tài)試樣。靜態(tài)試樣的平均腐蝕速率先上升、后下降，逐漸達(dá)到平穩(wěn)，符合一般大氣腐蝕規(guī)律[16]；而動態(tài)試樣的平均腐蝕速率在暴露3～6個月時較為平緩，隨后逐漸呈現(xiàn)下降的趨勢。

腐蝕動力學(xué)測試結(jié)果顯示，對于靜態(tài)暴露而言，暴露3～6個月時，平均腐蝕速率大幅度上升。這是因?yàn)楦g初期試樣表面尚未形成完整的銹層，反而在一定程度上增大了試樣表面的粗糙度，為空氣中腐蝕介質(zhì)的進(jìn)一步沉積提供良好條件，從而使腐蝕速率進(jìn)一步提升[21]。暴露時間達(dá)到6個月時，試樣表面已經(jīng)被腐蝕產(chǎn)物完全覆蓋，形成了對基體具有一定保護(hù)性的耐蝕銹層，減緩了后續(xù)腐蝕進(jìn)程。隨著試驗(yàn)時間的延長，銹層不斷增厚，使得其對基體的保護(hù)性不斷變強(qiáng)，導(dǎo)致腐蝕速率呈現(xiàn)逐漸減弱的趨勢。對于動態(tài)暴露而言，車輛行駛過程中，空氣中的雜質(zhì)有更多機(jī)會附著在試樣表面，這些初期沉積的雜質(zhì)促進(jìn)初期腐蝕反應(yīng)，從而導(dǎo)致暴露3個月時動態(tài)試樣的腐蝕質(zhì)量損失和腐蝕速率均大于靜態(tài)試樣。隨著動態(tài)暴露試驗(yàn)的進(jìn)行，空氣中雜質(zhì)繼續(xù)在試樣表面沉積，并覆蓋銹層表面，導(dǎo)致腐蝕速率逐漸降低。

圖2 動靜態(tài)暴露后SPHC鋼表面銹層宏觀形貌

圖3 動靜態(tài)暴露后SPHC腐蝕質(zhì)量損失和腐蝕速率隨著暴露時間的變化

2.2 銹層形貌、成分及厚度分析

以SPHC鋼在動靜態(tài)暴露6個月后為例，說明表面腐蝕產(chǎn)物形貌及能譜分析結(jié)果。圖4a顯示了靜態(tài)暴露后試樣表面形貌，以典型的球狀和片狀腐蝕產(chǎn)物為主，片狀的腐蝕產(chǎn)物相互交疊形成“巢”，為腐蝕介質(zhì)的沉積提供空間。部分區(qū)域觀察到相轉(zhuǎn)化[22]和裂縫的存在。在片狀和球狀腐蝕產(chǎn)物上檢測到的元素主要是Fe和O，同時檢測到少量的Cl元素和S元素（見圖4c、d）。圖4b則顯示動態(tài)暴露后試樣表面的典型形貌，與靜態(tài)不同，表面以球狀腐蝕產(chǎn)物為主，部分區(qū)域存在較大的裂縫。腐蝕產(chǎn)物主要元素為Fe與O，同時檢測出Si元素和較多的Cl元素（見圖4e）。

碳鋼在大氣環(huán)境中主要的腐蝕產(chǎn)物為γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4，各個相在一定條件下會相互轉(zhuǎn)換，而且即便是同一相，形貌也會有所區(qū)別，這些腐蝕產(chǎn)物中又以球狀或桿狀的γ-FeOOH為主[22-23]。SPHC表面基體及腐蝕產(chǎn)物的XRD測試結(jié)果如圖5所示?；w的主要成分為Fe，靜態(tài)暴露3個月時，腐蝕產(chǎn)物以Fe2O3為主，尚能檢測出明顯的Fe，表明此時基體并未被銹層完全覆蓋。靜態(tài)暴露6個月后，SPHC鋼腐蝕產(chǎn)物由γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe2O3、Fe3O4和Fe5HO8·4H2O結(jié)晶相組成。隨著暴露時間延長，還原性較強(qiáng)的γ-FeOOH轉(zhuǎn)化為更為穩(wěn)定的α-FeOOH和Fe3O4，導(dǎo)致γ-FeOOH的相對含量逐漸減少，α-FeOOH的相對含量逐漸增加，銹層的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，一定程度上提高了對內(nèi)部基體的保護(hù)性。動態(tài)暴露后，在SPHC鋼表面檢測到大量SiO2和部分β-FeOOH。隨著暴露時間的增加，SiO2含量逐漸增加，而β-FeOOH含量逐漸減少。β-FeOOH的存在表明試樣表面有Cl–沉積，與圖4e中EDS測試結(jié)果相符。動態(tài)暴露3個月時，一方面由于Cl–沉積，腐蝕產(chǎn)物中出現(xiàn)β-FeOOH，其強(qiáng)還原性促進(jìn)了腐蝕反應(yīng)的發(fā)生[23]；另一方面，試樣表面的SiO2提高了試樣表面的吸附和吸濕能力，加大了腐蝕反應(yīng)的活性區(qū)域，從而加速了初期腐蝕進(jìn)程，使得銹層迅速覆蓋試樣[24]。隨著動態(tài)暴露的進(jìn)行，不穩(wěn)定的β-FeOOH迅速還原成較為穩(wěn)定的α-FeOOH，而SiO2繼續(xù)沉積在試樣表面，形成雜質(zhì)層，使基體更難以被腐蝕，從而降低腐蝕速率。

圖4 動靜態(tài)暴露6個月后SPHC表面腐蝕產(chǎn)物典型形貌及EDS測試結(jié)果

圖5 靜態(tài)和動態(tài)暴露后SPHC表面腐蝕產(chǎn)物XRD測試結(jié)果

靜態(tài)暴露后銹層截面形貌如圖6所示。靜態(tài)暴露3個月時（見圖6a），雖然銹層尚未完全覆蓋在試樣表面，但是部分區(qū)域已經(jīng)形成了厚度僅為9.06 μm的均勻銹層。隨著暴露時間延長，銹層完全覆蓋基體表面，并逐漸向厚度方向生長，形成保護(hù)層。在暴露18個月時（見圖6e），銹層厚度達(dá)到49 μm，銹層變厚使得腐蝕介質(zhì)更加難以接觸到基體從而引發(fā)進(jìn)一步的腐蝕，提高了材料的耐蝕性能。

動態(tài)暴露后銹層的截面形貌如圖7所示。與靜態(tài)趨勢相同，動態(tài)試樣表面的銹層厚度也隨著暴露時間d延長而增加，均與腐蝕質(zhì)量損失的變化趨勢（見圖3a）一致。除了暴露3個月時試樣的銹層厚度大于靜態(tài)試樣外，其余均小于同時期的靜態(tài)試樣。動態(tài)試樣銹層表面較為粗糙，不如靜態(tài)試樣均勻。這是因?yàn)镃l–會與SO2產(chǎn)生協(xié)同作用，在銹層中形成可溶性硫酸鹽[25]，導(dǎo)致銹層變得疏松開裂。

圖6 靜態(tài)暴露后SPHC銹層截面形貌

圖7 動態(tài)暴露后SPHC銹層截面形貌

2.3 電化學(xué)分析

電化學(xué)測試中，動電位極化曲線和交流阻抗譜是衡量動靜態(tài)暴露后銹層耐蝕性的重要方法。動靜態(tài)暴露后SPHC鋼的極化曲線如圖8所示。根據(jù)Tafel外推法對極化曲線進(jìn)行擬合，得到的自腐蝕電位和自腐蝕電流（見表1），可以作為判斷銹層耐蝕性的依據(jù)[26]。可以得出，對于靜態(tài)暴露試驗(yàn)而言，暴露3個月時試樣的自腐蝕電流密度和自腐蝕電位絕對值遠(yuǎn)大于其他試樣。這是因?yàn)楸砻驿P層的未完全覆蓋，使得其與基體一起形成電偶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腐蝕更容易發(fā)生。隨著暴露試驗(yàn)延長，基體表面被銹層完全覆蓋，腐蝕產(chǎn)物逐漸在厚度方向縱向生長，銹層上的腐蝕產(chǎn)物也逐漸向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)換，因此自腐蝕電流密度逐漸減小，導(dǎo)致暴露6個月后的平均腐蝕速率緩慢下降。對于動態(tài)暴露試樣而言，暴露3個月后試樣的自腐蝕電流略高于其他試樣，隨后雖然有一定的波動，但是整體呈現(xiàn)下降趨勢，因此動態(tài)試樣的平均腐蝕速率也呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢?？傮w看來，動態(tài)暴露試樣的自腐蝕電流密度均小于同期靜態(tài)暴露試樣，這是因?yàn)閯討B(tài)試樣表面的SiO2本身化學(xué)反應(yīng)活性差，導(dǎo)電率低，不易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而說明SPHC鋼在動態(tài)服役工況下，其銹層更具有耐蝕性。

圖8 靜態(tài)和動態(tài)暴露后SPHC在3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲線

表1 動靜態(tài)暴露后SPHC自腐蝕電位和自腐蝕電流密度

Tab.1 Free corrosion potential and free corrosion current density of SPHC after dynamic and static exposure

SPHC鋼在動靜態(tài)暴露后的電化學(xué)阻抗測試的Nyquist曲線如圖9所示。不難看出，相同的暴露時間下，動態(tài)試樣阻抗弧的直徑遠(yuǎn)大于靜態(tài)試樣，表明動態(tài)試樣表面銹層的耐蝕性要優(yōu)于靜態(tài)試樣[27]。由于試樣表面上腐蝕產(chǎn)物的形貌不一，成分多樣，電化學(xué)性能較為復(fù)雜，表現(xiàn)為Nyquist曲線上有明顯的波動，需通過等效電路對曲線進(jìn)行進(jìn)一步分析。采用Zsimp對動靜態(tài)暴露后試樣的阻抗譜進(jìn)行擬合，采用多種等效電路進(jìn)行測試后，選取擬合誤差最小的2個等效電路，根據(jù)擬合的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，等效電路如圖10所示。

圖9 動靜態(tài)暴露后SPHC在3.5%NaCl溶液中的Nyquist曲線

圖10 等效電路

圖10中，s為溶液電阻；f為銹層等效電阻，反映銹層的致密性及對腐蝕介質(zhì)穿過銹層的阻礙能力；f為銹層等效電容；ct表示電荷轉(zhuǎn)移電阻，反映基體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的難易程度[28]；dl為雙電層電容。圖10中2種等效電路的差異在于圖10b中含有Warburg阻抗。Warburg阻抗表示腐蝕反應(yīng)由電遷移控制轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散控制，同時也是銹層致密的表現(xiàn)[29]。靜態(tài)暴露除了3個月試樣，圖10b的等效電路具有更好的擬合精度，而動態(tài)暴露試樣恰恰與其相反。靜態(tài)3個月的試樣由于銹層上有明顯的未被還原的γ-FeOOH，銹層不夠致密，其余靜態(tài)試樣銹層都較為致密；而動態(tài)試樣恰恰相反，只有在暴露3個月后銹層比較均勻，其余試樣上銹層都較為粗糙，電化學(xué)反應(yīng)由電遷移控制。等效電路擬合參數(shù)如表2所示。

表2 等效電路擬合參數(shù)

Tab.2 Equivalent circuit fitting parameters

銹層電阻f和電荷轉(zhuǎn)移電阻ct在動靜態(tài)暴露下均隨著暴露時間的延長而增大。表明銹層對基體的保護(hù)作用不斷增強(qiáng)，材料的整體耐蝕性得到提高。在相同的暴露時間下，動態(tài)試樣的f和ct均大于靜態(tài)試樣，更進(jìn)一步證明了SiO2雜質(zhì)在銹層表面沉積會增大銹層本身的阻抗，減小電化學(xué)反應(yīng)時的電流密度，從而使得平均腐蝕速率逐漸下降。

3 結(jié)論

1）動靜態(tài)大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果表明，SPHC鋼在動靜態(tài)服役條件下的腐蝕質(zhì)量損失均隨著暴露時間的增加而不斷增大。靜態(tài)暴露下，腐蝕速率呈現(xiàn)先增后減的趨勢，而動態(tài)暴露下腐蝕速率緩慢下降。從暴露6個月開始，靜態(tài)累計(jì)腐蝕質(zhì)量損失和腐蝕速率均超過動態(tài)腐蝕，表明動態(tài)暴露下形成的銹層保護(hù)性更強(qiáng)。

2）靜態(tài)暴露下，銹層逐漸在SPHC鋼表面覆蓋，并沿厚度方向生長，銹層的厚度不斷增加，阻礙了腐蝕性物質(zhì)向內(nèi)擴(kuò)散，延緩了腐蝕進(jìn)程。隨著暴露時間增加，腐蝕產(chǎn)物向更為穩(wěn)定的α-FeOOH和Fe2O3轉(zhuǎn)化，銹層結(jié)構(gòu)致密，使得靜態(tài)腐蝕速率逐漸下降。

3）動態(tài)暴露下，由于表面沉積的SiO2和Cl–促進(jìn)了初期的腐蝕反應(yīng)，使得動態(tài)初期腐蝕質(zhì)量損失和腐蝕速率均大于靜態(tài)，SPHC鋼表面迅速形成了較為完整的銹層。隨著暴露時間延長，表面沉積的SiO2促進(jìn)作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔?，不僅難以形成均質(zhì)的銹層，而且銹層厚度也小于暴露時間相同的靜態(tài)試樣。

4）動靜態(tài)暴露后，銹層的耐蝕性均有上升趨勢，但在相同的暴露時間下，動態(tài)暴露后SPHC鋼的銹層電阻f高于靜態(tài)，表明動態(tài)服役條件下由SiO2和腐蝕產(chǎn)物一起形成的保護(hù)層具有更強(qiáng)的耐蝕性，對基體的保護(hù)作用更為優(yōu)異。

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Comparison of Corrosion Behavior of SPHC Steel under Dynamic and Static Service

1,1,1,1,1,1,2,2

(1. Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China;2. China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd., Tianjin 300162, China)

This paper aims to compare the difference of the corrosion behavior of SPHC steel under different service conditions. The outdoor exposure method is used to conduct dynamic and static exposure tests on SPHC steel for up to 18 months, and conduct sampling after 3, 6, 9, 12, 18 months respectively of exposure.Through corrosion kinetics test, SEM (scanning electron microscope), XRD (X-ray diffraction), electrochemical test, respectively, the average corrosion rate, corrosion product morphology, corrosion product composition and corrosion resistance of SPHC steel are evaluated after a certain period of atmospheric exposure.The results show that, after 3-month exposure, the corrosion rate and the thickness of the rust layer of SPHC steel after dynamic exposure are larger than those after static exposure, but are overtaken by those after 6-month static exposure. Subsequently, the corrosion rate of SPHC steel after both dynamic and static exposures slowly decrease, while the thickness of the rust layer gradually increase. The β-FeOOH and SiO2, which are rare on the surface of SPHC after static exposure, are detected on the surface of SPHC after dynamic exposure. The self-corrosion current of dynamic sampling is smaller than that of the static sampling at the same period, but the rust resistance is opposite.Due to the continuous changes in the service environment during the dynamic exposure process, the initial corrosion products of SPHC steel contain β-FeOOH and SiO2impurities, which increase the reactive area on the initial sample surface and accelerate the initial corrosion. As the exposure time increases, although these impurities make it difficult for SPHC to form a uniform and dense rust layer like static exposure, the resistance of the rust layer improves, enhancing the corrosion resistance of SPHC , and inhibiting the occurrence of corrosion reactions.

SPHC; outdoor exposure; static and dynamic service; SiO2; corrosion behavior comparison

TG172

A

1001-3660(2022)07-0186-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.018

2021–05–17；

2021–10–13

2021-05-17；

2021-10-13

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)高水平成果培育專項(xiàng)（3122022PY09）；天津市企業(yè)科技特派員項(xiàng)目（21YDTPJC00460）

The High-level Achievement Cultivation Project of Fundamental Research Funds for the Central Universities for Civil Aviation University of China (3122022PY09); Tianjin Science and Technology Support Project (21YDTPJC00460)

陳亞軍（1976—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)構(gòu)材料失效分析、金屬疲勞及腐蝕損傷。

CHEN Ya-jun (1976-), Male, Doctor, Professor, Research focus: failure analysis of aircraft structure materials, metal fatigue and corrosion damage.

宋肖肖（1990—），男，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)橥繉臃雷o(hù)與性能測試、腐蝕預(yù)測與數(shù)據(jù)挖掘分析。

SONG Xiao-xiao (1990-), Male, Master, Technician, Research focus: coating protection and performance testing, corrosion prediction and data mining analysis.

陳亞軍, 周律, 李柯, 等. 動靜態(tài)服役環(huán)境下SPHC鋼腐蝕行為對比[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 186-194.

CHEN Ya-jun, ZHOU Lv, LI Ke, et al. Comparison of Corrosion Behavior of SPHC Steel under Dynamic and Static Service[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 186-194.

責(zé)任編輯：劉世忠