Fe(Ⅱ)對(duì)鋼鐵腐蝕產(chǎn)物催化相轉(zhuǎn)化的研究.pdf

1、鋼鐵作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基本支柱之一，對(duì)于現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防工程、交通運(yùn)輸和人們的日常生活等起著極其重要的作用。鋼鐵按其化學(xué)成分可分為碳鋼和耐候鋼。由于外界環(huán)境因素，比如時(shí)間以及濕度等，鋼鐵在使用過程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕問題。不同的使用環(huán)境，鋼鐵的腐蝕產(chǎn)物也不相同。作為鄉(xiāng)村環(huán)境下鋼鐵腐蝕的初期產(chǎn)物γ-FeOOH，F(xiàn)e(Ⅱ)離子在其轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的α-FeOOH，F(xiàn)e3O4的過程中起到促進(jìn)相轉(zhuǎn)化的作用。β-FeOOH作為海洋環(huán)境鋼鐵的主要腐蝕產(chǎn)物，

2、鋼鐵表面的薄膜層中的Fe(Ⅱ)離子和環(huán)境中的Cl-可共同作用促進(jìn)β-FeOOH向更穩(wěn)定的物相，如α-FeOOH，F(xiàn)e3O4等轉(zhuǎn)化。α-FeOOH的生成可降低鋼鐵的腐蝕速率。工業(yè)環(huán)境中，大氣中存在的硫化物，氮氧化物等物質(zhì)可迅速氧化Fe(Ⅱ)生成δ-FeOOH，隨著腐蝕的進(jìn)行，產(chǎn)物中逐漸出現(xiàn)γ-FeOOH、α-FeOOH、α-Fe2O3等成分。Fe(Ⅱ)離子對(duì)δ-FeOOH的轉(zhuǎn)化和γ-FeOOH、α-FeOOH等的生成有促進(jìn)作用。本文主要研

3、究鋼鐵腐蝕初期階段電解質(zhì)薄膜中Fe(Ⅱ)離子對(duì)腐蝕的初期產(chǎn)物γ-FeOOH的催化轉(zhuǎn)化作用及機(jī)理，以及不同使用環(huán)境中Fe(Ⅱ)離子對(duì)銹層成分的影響。研究腐蝕過程中Fe(Ⅱ)離子對(duì)銹層形成的作用機(jī)理可認(rèn)識(shí)鋼鐵腐蝕的規(guī)律及腐蝕機(jī)理并可以為下一步的鋼鐵防腐或減緩鋼鐵腐蝕提供理論依據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了大氣腐蝕中Fe(Ⅱ)離子在γ-FeOOH生成α-FeOOH及Fe3O4的過程的作用。在pH為7溫度為30℃時(shí)向初始腐蝕產(chǎn)物γ

4、-FeOOH懸濁液中加入Fe(Ⅱ)離子模擬進(jìn)一步的反應(yīng)。結(jié)果表明Fe(Ⅱ)離子促進(jìn)了γ-FeOOH的溶解。溶解再結(jié)晶和定向沉積機(jī)理在γ-FeOOH向α-FeOOH轉(zhuǎn)化過程中起了重要作用。當(dāng)Fe(Ⅱ)離子濃度增加時(shí)，γ-FeOOH與Fe(Ⅱ)離子反應(yīng)形成Fe3O4，產(chǎn)物中出現(xiàn)Fe3O4。Fe3O4的形成歸為拓?fù)滢D(zhuǎn)化機(jī)理。⑵研究了海洋環(huán)境對(duì)鋼鐵腐蝕產(chǎn)物的影響。海洋環(huán)境中，鋼鐵腐蝕產(chǎn)物包括γ-FeOOH，α-FeOOH，β-FeOOH。γ-F

5、eOOH在3.5％的NaCl溶液中陳化5d，產(chǎn)物中出現(xiàn)部分α-FeOOH。Cl-對(duì)γ-FeOOH向α-FeOOH轉(zhuǎn)化有促進(jìn)作用。反應(yīng)體系中有Fe(Ⅱ)離子時(shí)，γ-FeOOH在1.5％，2.5％，3.5％的NaCl溶液中陳化，產(chǎn)物為γ-FeOOH，α-FeOOH及β-FeOOH的混相。產(chǎn)物發(fā)生相變的原因可能是Fe(Ⅱ)離子與γ-FeOOH發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了新的Fe(Ⅲ)離子。一部分新生成的Fe(Ⅲ)離子在富含Cl-的環(huán)境中水解生成β-

6、FeOOH。在海洋環(huán)境中，當(dāng)鋼鐵腐蝕的初期產(chǎn)物為β-FeOOH時(shí)，F(xiàn)e(Ⅱ)離子對(duì)β-FeOOH的相變有一定的促進(jìn)作用。R=0.06時(shí)，產(chǎn)物中出現(xiàn)α-FeOOH及少量Fe3O4。當(dāng)Fe(Ⅱ)離子濃度增大時(shí)，產(chǎn)物中Fe3O4的含量也有所增加，但主要產(chǎn)物仍然是α-FeOOH。原因是Fe(Ⅱ)離子與β-FeOOH發(fā)生電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生新的Fe(Ⅲ)離子。新的Fe(Ⅲ)離子在水解時(shí)生成α-FeOOH及少量Fe3O4。⑶Fe(Ⅱ)離子對(duì)δ-FeOOH穩(wěn)

7、定性的影響。模擬自然環(huán)境下，F(xiàn)e(Ⅱ)離子對(duì)銹層中δ-FeOOH的影響。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，δ-FeOOH晶化較差，能自發(fā)發(fā)生相變，部分δ-FeOOH轉(zhuǎn)化為γ-FeOOH。Fe(Ⅱ)離子能加快δ-FeOOH的溶解，產(chǎn)物為α-FeOOH和γ-FeOOH以及未完全發(fā)生相變的δ-FeOOH。當(dāng)Fe(Ⅱ)離子增大到R=0.4時(shí)，產(chǎn)物為α-FeOOH和Fe3O4的混合物。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)升高溫度有利于促進(jìn)Fe(Ⅱ)離子加快δ-FeOOH的相變。研究