南昌地区大气环境腐蚀金属材料的研究杨励君（江西省环境保护科学研究所）摘要：在大气环境中金 属材料往往受到自然和酸沉降的影响而遭受腐蚀，本文通过暴露试验，采用重量法评定，并利用腐 蚀速率定量表示腐蚀的程度，探明了金属材料在南昌地区大气环境中的腐蚀现象和规律。关键词：
酸沉降；
暴露试验；腐蚀速率目前，大气中酸沉降已成为世界范围内的环境污染问题。我国是世界 酸沉降区域之一，而江西又是我国酸沉降重点污染地区，危害程度日益加深。南昌作为江西的省会 ，工业规模、交通运输、人口密度在全省居首位，酸雨危害也较严重，研究大气环境中金属材料的 腐蚀程度和特性，对江西的环境保护和经济建设，都具有重大的现实意义，同时还可为有关部门和 决策机构提供科学依据。一、暴露试验方法（－）暴露点及材料的选择：江西汽车制造厂位于南昌 市常年主导风向为下风向的青云谱区且是大气污染较严重的地段。本试验选择该厂为暴露点。江西 省环科所办公大楼六楼房顶，位于南昌市东郊青山湖边，该地段污染物和人为因素干扰较小，以此 地作对照点。金属材料选择为Ａ＿３钢板材。（二）金属表面制备和曝晒架的制作：试样片规格１ ５０×５０×２（ｍｍ）金属表面用抛光取得，板材钻一小孔，用丙酮清洗脱脂、干燥，然后用光 电天平称重至０．１ｍｇ，试祥片立即暴露到大气环境中。曝晒架用角钢制成，结构按ＧＢ一１７ ６７一７９规定。（三）试验方法、时间：将试样片放置在曝晒架上，曝晒角度分别为２２°和９ ０°。从１９９２年底开始试验，试验周期为一年，每隔三个月察看外观，记录生锈，腐蚀斑纹。 锈层脱落等现象，暴露后试样片用自来水冲洗，同时用橡皮塞猛力擦试，直至表面已相当清洁为止 。（四）试样腐蚀速率的测量：将处理洁净的试样片干燥后称其重（每三个月后称取一次重量，一 年之后累积计算），其腐蚀速率公式如下：式中：ＦＶ平均腐蚀速率（微米／年）Ｋ常数８．７６ ×１０￣７Ｗ＿１暴露前样片重量（ｇ）Ｗ＿２暴露后去掉腐蚀产物佯片重量（ｇ）Ｗ＿３用同佯 方法重新清洗后样片重量（ｇ）Ａ样片表而积。（ｃｍ￣２）Ｔ暴露时间，（ｈ）Ｄ比重，（ｇ／ ｃｍ￣３）二、现场环境因素暴露试验期间，同步进行了大气污染、气象和酸雨的监测，以分析环 境因素对材料腐蚀的影响。江西汽车制造厂，省环科所二。个曝晒点各时段的降水酸度及频率监测 结果见下表１由表１看出，二个曝晒点各期的降水ｐｎ值均低于５．６．江汽、省所二点曝晒期间 的降水ｐＨ均值为４．３５，５．５２。江汽比省所低１。１７个ｐＨ单位，酸雨浓度较高。酸雨 频率平均分别为２８．１５％和２８．５２％，三、现场暴露试验结果与分析（一）外观：露天放 置的Ａ＿２钢，一旦接触雨滴后立即发红，三个月后便产生锈层整片剥落现象。以下是暴露三个月 后至一年的结果：１．不同曝晒角度的变化：Ａ＿３钢在２２°曝晒角条件下，出现试样片下沿因 表面张力积水致使腐蚀比其它部位严重，而９０°曝晒角无此现象。２．正反面的变化：Ａ＿３钢 试样片迎雨面的腐蚀比背面严重。迎雨面的锈层已开始剥落，而背面的腐蚀相对比较缓慢无剥落现 象。正面腐蚀锈斑大，反面锈层细密。３．不同大气环境的影响：Ａ＿３钢试样片在江西汽车制造 厂这一大气污染点腐蚀程度和速率比省环科所楼顶参照点要快，腐蚀程度也较大。（二）
腐蚀速率 不同曝晒期的金属试样片，按ＡＳＴＭＧ１一８１与ＨＢ５２５７一８３规定，除去腐蚀产物后测 得其腐蚀速率。１．不同曝晒点的腐蚀速率：暴露在江汽、省环科所二个点的试片腐蚀速率列入表 ２。从表２数据看出，在相同２２°曝晒用度条件下，江汽暴露点的材料腐蚀速率是环科所对照点 的７．１９６倍，而９０°曝晒角度相同的情况下，江汽暴露点材料腐蚀速率是环科所的６．８６ ８倍，说明酸沉降污染与大气污染物的协同效应对金属材料腐蚀的影响远远超过气象因素的影响， 进而说明酸沉降及大气污染是加快金属材料腐蚀的主要原因。２．不同曝晒角度的腐蚀速率：在试 验中，Ａ＿３钢在相同大气环境条件下，试洋片的曝晒角度对腐蚀速率影响不大，江汽点位上其比 值在０．９０９至０．９９５之间，不同曝晒角度的平均腐蚀速率比值列入表３。３．降水酸度与 腐蚀速率的关系：根据江西省环科所曝晒点实验数据，作出降水ｐＨ值与碳钢腐蚀速率变化相关图 （图１）。从图１看出，降水ｐＨ越低，腐蚀速率ＦＶ越大，说明大气中ＳＯ＿２浓度、酸雨频率 ，降水ｐＨ值的大小是加速材料腐蚀的重要因素。（三）腐蚀产物组成Ａ＿３钢酸沉降条件下试样 片的腐蚀产物主要由两种立方晶系的羟基氧化铁组成，即ＦｅＯ（ＯＨ），又称１／２（Ｆｅ＿２ Ｏ＿３·Ｈ＿２Ｏ），两者组份相同，但晶格结构不同，另有少量ｒ一Ｆｅ＿２Ｏ＿３。曝晒期为 一年的试样片腐蚀产物中，ＦｅＯ（ＯＨ）比半年多，１／２（Ｆｅ＿２Ｏ＿３·Ｈ＿２Ｏ）含量 比半年期少，内层锈粉中除有ＦｅＯ（ＯＨ），１／２（Ｆｅ＿２Ｏ＿３·Ｈ＿２Ｏ）外，还含有 少量Ｆｅ＿３Ｏ＿４．ＦｅＣｌ＿２·２Ｈ＿２Ｏ。ＭｎＣｌ＿２·２Ｈ＿２Ｏ基体中主要组份为 ａ一Ｆｅ．四、结论通过材料现场暴露试验。可得以下结论：（一）建立了二个材料试验站，成功 的进行了金属材料室外干湿沉降暴露试验，建立了一套材料暴露试验的测试方法。（二）暴露试验 结果发现，环科所与江汽的自然条件基本一致，但重酸雨区的江汽与轻酸雨区的环科所相比，江汽 受试的Ａ＿３钢腐蚀速率是环科所的７倍。可见酸沉降对材料破坏的严重性。（三）分析结果表明 ，酸雨频率，酸沉降污染对材料腐蚀速率影响大于气象因素。（四）碳钢金属佯板的腐蚀产物，主 要由两种羟基氧化铁和少量ｒ一Ｆｅ＿２Ｏ＿３组成。不同锈层均含有Ｃ，Ｓ，Ｎ，Ｋ，Ｎａ，Ｃ ａ等元素，而Ｓ元素是以ＳＰ形式存在。参考文献｜｜［１］左景伊译．腐蚀工程，北京：化学工 业出版社出版，１９８２南昌地区大气环境腐蚀金属材料的研究@杨励君$江西省环境保护科学研 究所酸沉降；暴露试验；腐蚀速率在大气环境中金属材料往往受到自然和酸沉降的影响而遭受腐蚀 ，本文通过暴露试验，采用重量法评定，并利用腐蚀速率定量表示腐蚀的程度，探明了金属材料在 南昌地区大气环境中的腐蚀现象和规律。［１］左景伊译．腐蚀工程，北京：化学工业出版社出版 ，１９８２Ｏ。ＭｎＣｌ＿２·２Ｈ＿２Ｏ基体中主要组份为ａ一Ｆｅ．四、结论通过材料现场暴 露试验。可得以下结论：（一）建立了二个材料试验站，成功的进行了金属材料室外干湿沉降暴露 试验，建立了一套材料暴露试验的测试方法。（二）暴露试验结果发现，环科所与江汽的自然条件 基本一致，但重酸雨区的江汽与轻酸雨区的环科所相比，江汽受试的Ａ＿３钢腐蚀速率是环科所的 ７倍。可见酸沉降对材料破坏的严重性。（三）分析结果表明，酸雨频率，酸沉降污染对材料腐蚀 速率影响大于气象因素。（四）碳钢金属佯板的腐蚀产物，主要由两种羟基氧化铁和少量ｒ一Ｆｅ ＿２Ｏ＿３组成。不同锈层均含有Ｃ，Ｓ，Ｎ，Ｋ，Ｎａ，Ｃａ等元素，而Ｓ元素是以ＳＰ形式存 在。参考文献｜｜［１］左景伊译．腐蚀工程，北京：化学工业出版社出版，１９８２南昌地区大 气环境腐蚀金属材料的研究@杨励君$江西省环境保护科学研究所酸沉降；暴露试验；腐蚀速率在 大气环境中金属材料往往受到自然和酸沉降的影响而遭受腐蚀，本文通过暴露试验，采用重量法评定，并利用腐蚀速率定量表示腐蚀的程度，探明了金属材料在南昌地区大气环境中的腐蚀现象和规律。［１］左景伊译．腐蚀工程，北京：化学工业出版社出版，１９８２
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