摘要(yao)：

在吐魯番干熱大(da)氣環境(jing)中對Q235和Q450鋼進行4 a大(da)氣暴(bao)曬實驗。結果表明，兩種鋼表面(mian)均有較(jiao)為(wei)明顯的銹層，Q450耐候(hou)鋼4 a的平均腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率為(wei)12 g·m-2·a-1,Q235鋼平均腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率為(wei)14 g·m-2·a-1,Q450鋼腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率相(xiang)(xiang)對較(jiao)低，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)坑深度較(jiao)淺。腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物主要(yao)由(you)α-FeOOH,γ-FeOOH和Fe2O3·H2O組(zu)成，其中Q450鋼腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物中α-FeOOH比例相(xiang)(xiang)對較(jiao)高(gao)，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物致(zhi)密。電(dian)化學阻抗測試結果表明：Q450鋼腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物電(dian)阻遠大(da)于Q235鋼的，表面(mian)電(dian)荷轉移電(dian)阻也(ye)大(da)于Q235鋼的，即Q450鋼耐蝕(shi)性較(jiao)好，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物對基(ji)體保護作用相(xiang)(xiang)對較(jiao)好。

關鍵(jian)詞： 碳鋼 ; 吐魯番 ; 大氣(qi)腐蝕

“一帶一路”是我(wo)國(guo)高瞻遠矚、統攬全(quan)局、面向新(xin)時代提(ti)出的(de)(de)重大戰略，材料是建(jian)(jian)設各地區基礎(chu)設施的(de)(de)支柱和(he)重要(yao)基礎(chu)[1],材料的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)與失效決(jue)定著設施建(jian)(jian)設的(de)(de)安全(quan)性(xing)及(ji)長久性(xing)。據(ju)統計，我(wo)國(guo)因為腐(fu)蝕(shi)損耗每年人均約承擔(dan)1500元的(de)(de)成本，所以(yi)各地區大氣腐(fu)蝕(shi)數(shu)據(ju)的(de)(de)積(ji)累顯(xian)得尤為重要(yao)，可為基礎(chu)設施建(jian)(jian)設和(he)裝備(bei)制造提(ti)供選(xuan)材與防(fang)護指導(dao)。

吐魯番(fan)地(di)區具有典(dian)型高(gao)溫(wen)(wen)差、低濕(shi)度(du)、長日(ri)照(zhao)的干(gan)熱大(da)氣(qi)(qi)環(huan)境(jing)(jing)，屬大(da)陸性干(gan)熱帶荒漠氣(qi)(qi)候，年(nian)(nian)(nian)平(ping)均氣(qi)(qi)溫(wen)(wen)17.4 ℃，年(nian)(nian)(nian)總(zong)輻射量(liang)5513 MJ/m2,年(nian)(nian)(nian)總(zong)日(ri)照(zhao)時數3200 h,年(nian)(nian)(nian)平(ping)均降雨量(liang)16.4 mm,相對(dui)濕(shi)度(du)27.9%,晝夜溫(wen)(wen)差大(da)，這種高(gao)溫(wen)(wen)差、低濕(shi)度(du)、長日(ri)照(zhao)環(huan)境(jing)(jing)對(dui)材(cai)料(liao)的耐(nai)蝕性能提出(chu)了更高(gao)的要求[2]。

碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)及耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)常用于(yu)鐵路及車輛用鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)與(yu)失效決定了(le)(le)其使(shi)用環境(jing)及壽(shou)命(ming)。通常認為[3,4]影響大(da)(da)氣(qi)(qi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)主要(yao)環境(jing)因素有3個：（1） 溫度(du)(du)在零度(du)(du)以上時濕(shi)(shi)度(du)(du)超(chao)過臨(lin)界濕(shi)(shi)度(du)(du) （80%） 的(de)(de)(de)時間 （潤濕(shi)(shi)時間）；（2） SO2的(de)(de)(de)含(han)量(liang)；（3） 鹽粒子、灰塵粒子的(de)(de)(de)含(han)量(liang)[5]。郝獻(xian)超(chao)等[6]研(yan)究(jiu)了(le)(le)Q235鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在西(xi)沙大(da)(da)氣(qi)(qi)環境(jing)中的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)行為，結果表(biao)(biao)(biao)明(ming)，西(xi)沙的(de)(de)(de)高(gao)溫、高(gao)濕(shi)(shi)和高(gao)鹽的(de)(de)(de)苛(ke)刻環境(jing)使(shi)得Q235碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)表(biao)(biao)(biao)面很快(kuai)形成連續銹(xiu)層(ceng)，銹(xiu)層(ceng)較(jiao)(jiao)厚；而且由(you)于(yu)Cl-的(de)(de)(de)侵蝕(shi)(shi)(shi)(shi)作(zuo)用，銹(xiu)層(ceng)比(bi)較(jiao)(jiao)疏松、多(duo)裂紋。李東亮等[7]研(yan)究(jiu)了(le)(le)在濕(shi)(shi)熱(re)(re)海(hai)(hai)洋(yang)大(da)(da)氣(qi)(qi)環境(jing)中SO2污染對Q235鋼(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)影響，研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)(biao)明(ming)Cl-和SO42-的(de)(de)(de)存在，協同(tong)加快(kuai)了(le)(le)材料的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。汪川等[8]研(yan)究(jiu)了(le)(le)碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與(yu)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在西(xi)雙版納、萬(wan)寧、江(jiang)津3個暴曬試驗站(zhan)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)規律，研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)(biao)明(ming)碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在海(hai)(hai)洋(yang)大(da)(da)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率極(ji)高(gao)，該地區(qu)碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)年(nian)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率分(fen)別(bie)是(shi)工(gong)業大(da)(da)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)8.6倍(bei)，是(shi)熱(re)(re)帶雨林大(da)(da)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)29.4倍(bei)。綜上，在不(bu)同(tong)氣(qi)(qi)候(hou)(hou)條件下，碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率和機理(li)有所不(bu)同(tong)。之前已對Q235碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和Q450耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在吐魯番(fan)地區(qu)大(da)(da)氣(qi)(qi)暴曬的(de)(de)(de)初期腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)規律進行了(le)(le)研(yan)究(jiu)，結果表(biao)(biao)(biao)明(ming)，兩種(zhong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率隨時間的(de)(de)(de)延長不(bu)斷(duan)減小，且兩者腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率差(cha)異不(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)(da)。然而，關于(yu)碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與(yu)耐(nai)候(hou)(hou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在吐魯番(fan)干(gan)熱(re)(re)大(da)(da)氣(qi)(qi)環境(jing)中長周期實驗的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)較(jiao)(jiao)少。

本文研究了Q235碳(tan)鋼和Q450耐(nai)候鋼在吐(tu)魯番干熱大(da)氣環境中暴(bao)曬4 a后的腐(fu)(fu)蝕(shi)行為及其(qi)演變(bian)規律。利用(yong)能(neng)譜分析(xi) （EDS） 和X射線衍射 （XRD） 分析(xi)了腐(fu)(fu)蝕(shi)產物的主(zhu)要組(zu)成(cheng)。同時，通過電化學阻抗譜 （EIS） 測試(shi)闡明兩種鋼在吐(tu)魯番干熱大(da)氣環境中的腐(fu)(fu)蝕(shi)機理。研究為一(yi)(yi)帶一(yi)(yi)路建設材(cai)料長周期使用(yong)及防護提供指(zhi)導。

1 實驗方(fang)法

1.1 實(shi)驗(yan)材料

實(shi)驗(yan)材(cai)(cai)料為(wei)(wei)Q235鋼(gang)與Q450鋼(gang)，主要(yao)成分見(jian)表1。其(qi)中，Q450耐候(hou)鋼(gang)含有Cu、Cr、Ni等(deng)合金(jin)元素。將(jiang)材(cai)(cai)料制成200 mm×100 mm×4 mm的大(da)氣投放試(shi)樣，經過車銑、打孔(kong)標記、打磨、除污清洗(xi)及干(gan)燥(zao)，使用精度為(wei)(wei)0.01 g分析(xi)天平稱量(liang)原始重量(liang)并記錄，之后在吐(tu)魯番(fan)干(gan)熱大(da)氣環境(jing)中進行(xing)2012.07~2016.07為(wei)(wei)期4 a暴曬(shai)實(shi)驗(yan)，吐(tu)魯番(fan)2012.07~2013.07氣象數據見(jian)表2。

表1 Q235和Q450鋼的化(hua)學成分(fen)

表2 吐魯番(fan)暴(bao)曬試驗場2012.07~2013.07氣象(xiang)數據[5]

1.2 實驗與分析方(fang)法

將暴曬4 a后(hou)(hou)的Q235和Q450鋼兩種(zhong)試(shi)樣回收，對表(biao)(biao)面(mian)宏觀形貌(mao)進(jin)行(xing)拍照(zhao)。利(li)用(yong)Quanta-250型環境掃描電(dian)鏡 （ESEM） 對表(biao)(biao)面(mian)及(ji)截面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物進(jin)行(xing)微觀形貌(mao)及(ji)EDS分析(xi)。按照(zhao)GB/T16545-1996對試(shi)樣表(biao)(biao)面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物進(jin)行(xing)清除，清洗(xi)干燥(zao)后(hou)(hou)稱重，計(ji)算試(shi)樣暴曬4 a后(hou)(hou)的腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)。采用(yong)激光共聚焦對去除腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物后(hou)(hou)的試(shi)樣表(biao)(biao)面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)坑進(jin)行(xing)統(tong)計(ji)觀察。腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物的主要成分通過XRD進(jin)行(xing)分析(xi)。電(dian)化學測試(shi)使用(yong)Modulab XM電(dian)化學工作站，采用(yong)傳統(tong)三電(dian)極體(ti)系(xi)，開路30 min體(ti)系(xi)穩(wen)定(ding)后(hou)(hou)測試(shi)EIS,測試(shi)頻率(lv)范圍為105~10-2 Hz,信(xin)號(hao)幅值為10 mV正弦波，用(yong)ZSimpwin軟件進(jin)行(xing)等效電(dian)路擬合(he)。

2 結果與(yu)討論

2.1 宏觀形貌(mao)

Q235鋼(gang)和Q450鋼(gang)在吐魯番干熱大氣(qi)環(huan)境(jing)中暴露4 a后的宏觀形貌如圖(tu)1所(suo)示。兩種鋼(gang)表面宏觀形貌并無(wu)較(jiao)大差異，表面已無(wu)金屬光(guang)澤(ze)，均(jun)(jun)出現較(jiao)為均(jun)(jun)勻(yun)的紅褐色腐蝕產物銹層。

圖1 Q235和Q450鋼吐魯番大氣環(huan)境中暴曬4 a后(hou)的宏觀形貌

2.2 微(wei)觀形貌

使用SEM對兩種鋼表面(mian)(mian)及截面(mian)(mian)微觀(guan)(guan)形(xing)貌(mao)進行(xing)觀(guan)(guan)察，結果(guo)見(jian)圖2。可知，Q235鋼腐(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)(wu)主要呈(cheng)疏(shu)松的(de)顆(ke)粒狀，易脫落；Q450鋼表面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)(wu)為(wei)片狀結構，較為(wei)致密。隨著(zhu)暴露時間的(de)延長，Q235鋼表面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)(wu)對基體(ti)的(de)保(bao)護作用較弱(ruo)，導致耐蝕(shi)性下降；而Q450鋼腐(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)(wu)較為(wei)致密，將(jiang)基體(ti)與大氣介質環境(jing)有效隔離，阻礙了(le)基體(ti)本身(shen)的(de)進一步腐(fu)蝕(shi)。

圖2 Q235和Q450鋼經吐魯番(fan)大(da)氣環境中(zhong)暴(bao)曬4 a后的表面顯微(wei)形貌(mao)

2.3 腐蝕速率

按(an)照GB/T16545-1996用除銹(xiu)液去除表面腐蝕產(chan)物(wu)，之(zhi)后(hou)(hou)酒精(jing)清洗(xi)，干(gan)燥(zao)后(hou)(hou)稱量。按(an)照下式計算腐蝕失重(zhong)速率。

ω = G 0 - G 1 4 × [ 2 × （ a × b + a × c + b × c ） ]（1）

其中(zhong)(zhong)(zhong)，ω為(wei)(wei)(wei)(wei)腐蝕(shi)(shi)(shi)失(shi)重(zhong)速(su)(su)率，g·m-2·a-1;G0為(wei)(wei)(wei)(wei)試(shi)樣原始重(zhong)量，g;G1為(wei)(wei)(wei)(wei)去除腐蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物后重(zhong)量，g;a,b和(he)(he)c分(fen)別為(wei)(wei)(wei)(wei)試(shi)樣長度(du)、寬度(du)、厚度(du)，m。圖3為(wei)(wei)(wei)(wei)兩種(zhong)鋼(gang)(gang)在吐魯(lu)番大氣環境(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)暴(bao)露4 a的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率變化(hua) （注(zhu)：1 a腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率數據(ju)來(lai)源于文獻[2],2~3 a腐蝕(shi)(shi)(shi)數據(ju)來(lai)源于文獻[9]），Q450和(he)(he)Q235鋼(gang)(gang)4 a的(de)(de)平均腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率分(fen)別為(wei)(wei)(wei)(wei)12和(he)(he)14 g·m-2·a-1,即Q450鋼(gang)(gang)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率低(di)于Q235鋼(gang)(gang)的(de)(de)，兩種(zhong)鋼(gang)(gang)在吐魯(lu)番大氣中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性均屬于C2等級。隨著(zhu)暴(bao)曬時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)延(yan)長，兩種(zhong)鋼(gang)(gang)腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率不斷(duan)減小，但是腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率差異先增大后減小；暴(bao)曬時(shi)(shi)間(jian)為(wei)(wei)(wei)(wei)3 a時(shi)(shi)，腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率差異最大，相差6 g·m-2·a-1。由表1可知，Q450鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)有少量Cu、Cr等提(ti)(ti)高(gao)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)元素。研究[10]表明，Cr能通(tong)過促使鋼(gang)(gang)表面形成致密的(de)(de)氧化(hua)膜提(ti)(ti)高(gao)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性，Cr還(huan)能阻(zu)止干濕(shi)交替過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)干燥(zao)時(shi)(shi)銹層的(de)(de)還(huan)原過程(cheng)，從而保證銹層的(de)(de)穩定性；當Cr與Cu同時(shi)(shi)加入時(shi)(shi)，耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性提(ti)(ti)高(gao)更加明顯(xian)。

按照GB/T16545-1996去除腐(fu)(fu)蝕(shi)產物(wu)后使(shi)用激光共聚焦顯微(wei)鏡(jing)對試樣表面(mian)進(jin)行(xing)觀察[11],結(jie)果見圖4。可(ke)知(zhi)，兩(liang)種(zhong)鋼(gang)(gang)表面(mian)均出現明顯的腐(fu)(fu)蝕(shi)坑，對5個(ge)視(shi)(shi)野(ye)內 （每個(ge)視(shi)(shi)野(ye)700 μm×500 μm） 腐(fu)(fu)蝕(shi)坑深(shen)(shen)度(du)(du)(du)進(jin)行(xing)統計，實(shi)驗結(jie)果見圖5。Q235鋼(gang)(gang)最(zui)大(da)(da)腐(fu)(fu)蝕(shi)坑深(shen)(shen)度(du)(du)(du)為54.542 μm,平(ping)均深(shen)(shen)度(du)(du)(du)為40.47 μm;Q450鋼(gang)(gang)最(zui)大(da)(da)腐(fu)(fu)蝕(shi)坑深(shen)(shen)度(du)(du)(du)為52.851 μm,平(ping)均深(shen)(shen)度(du)(du)(du)為38.43 μm,Q235鋼(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)坑相對較(jiao)多。由此可(ke)知(zhi)，Q235鋼(gang)(gang)在吐魯番干熱大(da)(da)氣環(huan)境(jing)中(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)相對Q450鋼(gang)(gang)較(jiao)為嚴(yan)重(zhong)，Q450鋼(gang)(gang)由于表面(mian)會形(xing)成一層較(jiao)為致(zhi)密的腐(fu)(fu)蝕(shi)產物(wu)，將基體材(cai)料與大(da)(da)氣環(huan)境(jing)隔(ge)離，阻礙(ai)了(le)(le)材(cai)料的進(jin)一步腐(fu)(fu)蝕(shi)，提高了(le)(le)材(cai)料的耐蝕(shi)性。

圖(tu)3 Q235和Q450鋼在(zai)吐(tu)魯番大氣(qi)環境中暴曬不(bu)同時間的腐蝕速率

圖(tu)4 Q235和Q450鋼(gang)在吐魯番大氣環境中暴曬4 a的(de)腐蝕坑深(shen)度分布圖(tu)

圖(tu)5 Q235和(he)Q450鋼在吐魯番大氣環境中暴曬4 a的腐蝕(shi)坑深(shen)度

2.4 腐蝕產物成分

圖(tu)6和(he)7為(wei)(wei)兩(liang)種(zhong)(zhong)材料截(jie)(jie)面(mian)(mian)微觀形貌(mao)[12]。可以看出(chu)，Q235鋼(gang)表(biao)面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)層(ceng)(ceng)較(jiao)厚，最(zui)厚處(chu)約為(wei)(wei)80 μm,腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)間存(cun)在較(jiao)寬(kuan)裂(lie)縫(feng)；而(er)Q450鋼(gang)表(biao)面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)相(xiang)對較(jiao)薄，最(zui)厚處(chu)約為(wei)(wei)65 μm,腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)間裂(lie)縫(feng)相(xiang)對較(jiao)窄。由此可知，Q235鋼(gang)表(biao)面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)間的(de)粘附力相(xiang)對較(jiao)差，導(dao)致腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)易開裂(lie)、脫落，進而(er)對基體(ti)失(shi)去保護作用(yong)(yong)。對兩(liang)種(zhong)(zhong)鋼(gang)截(jie)(jie)面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)進行EDS成分分析，表(biao)明Q235鋼(gang)內層(ceng)(ceng)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)含(han)(han)有(you)較(jiao)多(duo)Ca,而(er)Q450鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)外層(ceng)(ceng)含(han)(han)有(you)較(jiao)多(duo)Cr和(he)Mn。兩(liang)種(zhong)(zhong)鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)均含(han)(han)有(you)少量S和(he)Cl等(deng)元(yuan)素，主要(yao)是(shi)由于(yu)大氣(qi)環境中(zhong)風沙中(zhong)攜帶含(han)(han)有(you)硫酸鹽、氯化物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)等(deng)土(tu)壤殘留[1],沉積(ji)于(yu)試樣表(biao)面(mian)(mian)，加(jia)速(su)了碳鋼(gang)的(de)大氣(qi)腐(fu)蝕(shi)(shi)[13]。Q450鋼(gang)表(biao)面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)含(han)(han)有(you)較(jiao)多(duo)Cr和(he)Mn等(deng)，能夠很好(hao)地促使表(biao)面(mian)(mian)形成較(jiao)為(wei)(wei)穩定(ding)且致密(mi)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，從而(er)對基體(ti)起(qi)到(dao)很好(hao)的(de)保護作用(yong)(yong)，提(ti)高了材料的(de)耐蝕(shi)(shi)性。

圖(tu)6 Q235鋼吐魯番大氣環境中暴曬4 a的腐蝕(shi)產(chan)物(wu)截面(mian)形貌及(ji)EDS分析結果

圖7 Q450鋼吐魯番大氣環境中暴曬4 a的腐(fu)蝕產物截面形(xing)貌及EDS結果

對(dui)(dui)表面腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)進行XRD分析，結果見圖(tu)8。可知(zhi)，兩(liang)種鋼腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)都主要由α-FeOOH,γ-FeOOH和(he)Fe2O3·H2O組成[14]。研究[15,16]表明，γ-FeOOH不易形成相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)致密的(de)(de)氧化膜(mo)，不利于(yu)提(ti)高(gao)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)；α-FeOOH的(de)(de)存在容易形成致密的(de)(de)氧化膜(mo)，從而很好地將基(ji)體(ti)與(yu)環境隔絕起來，提(ti)高(gao)了材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)。為了確定(ding)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)中各相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)比(bi)例(li)(li)，根據(ju)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)比(bi)強(qiang)度法 （RIR） 由X'pert Highscore Plus軟件進行半定(ding)量分析。由分析結果可知(zhi)，Q235鋼腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)中α-FeOOH與(yu)γ-FeOOH的(de)(de)比(bi)例(li)(li)為14∶100,Q450耐(nai)(nai)候鋼腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)中α-FeOOH與(yu)γ-FeOOH的(de)(de)比(bi)例(li)(li)為21∶100,即Q235鋼腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)中該比(bi)例(li)(li)較(jiao)(jiao)低，材(cai)料(liao)(liao)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)較(jiao)(jiao)差；Q450鋼這一(yi)比(bi)例(li)(li)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)高(gao)，所以(yi)表面腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)較(jiao)(jiao)致密，耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)較(jiao)(jiao)好。綜(zong)上可知(zhi)，α-FeOOH對(dui)(dui)提(ti)高(gao)材(cai)料(liao)(liao)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)具有重要作(zuo)用。

圖8 Q235和(he)Q450鋼在吐魯番大(da)氣(qi)環(huan)境中暴曬4 a后表面銹層的XRD譜(pu)

2.5 電化(hua)學阻抗譜

為(wei)(wei)(wei)了比(bi)較(jiao)(jiao)Q235鋼(gang)和Q450鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)對(dui)于(yu)基(ji)體的(de)(de)(de)保護作用，測試了兩種鋼(gang)在(zai)吐魯番(fan)干熱大(da)氣(qi)環境中(zhong)暴曬4 a后(hou)在(zai)0.1 mol/L Na2SO4溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)化(hua)學阻(zu)(zu)抗(kang)譜，實(shi)(shi)驗(yan)結果如圖9所示(shi)。通過ZSimpwin軟件進行(xing)擬(ni)合，等效(xiao)電(dian)路如圖10所示(shi)，其中(zhong)，Rs為(wei)(wei)(wei)溶(rong)液電(dian)阻(zu)(zu)，CPEf為(wei)(wei)(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)層(ceng)電(dian)容，Rf為(wei)(wei)(wei)電(dian)極(ji)表面(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)層(ceng)電(dian)阻(zu)(zu)，CPEdl為(wei)(wei)(wei)工(gong)作電(dian)極(ji)表面(mian)的(de)(de)(de)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容，Rt為(wei)(wei)(wei)工(gong)作電(dian)極(ji)表面(mian)反應(ying)的(de)(de)(de)電(dian)荷(he)轉移電(dian)阻(zu)(zu)[17],Ws為(wei)(wei)(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)區域內基(ji)底金屬的(de)(de)(de)有效(xiao)擴(kuo)(kuo)散層(ceng)阻(zu)(zu)抗(kang)。擬(ni)合得到的(de)(de)(de)各元(yuan)件參數(shu)值見(jian)表3。由實(shi)(shi)驗(yan)結果可知，兩種鋼(gang)阻(zu)(zu)抗(kang)譜等效(xiao)電(dian)路中(zhong)均(jun)含有擴(kuo)(kuo)散層(ceng)阻(zu)(zu)抗(kang)，但擴(kuo)(kuo)散層(ceng)阻(zu)(zu)抗(kang)差異不大(da)。Q235鋼(gang)的(de)(de)(de)Rf為(wei)(wei)(wei)121.2 Ω·cm2;Q450鋼(gang)的(de)(de)(de)Rf為(wei)(wei)(wei)2570 Ω·cm2,遠(yuan)大(da)于(yu)Q235鋼(gang)的(de)(de)(de)。Q450鋼(gang)的(de)(de)(de)Rt為(wei)(wei)(wei)322.2 Ω·cm2,Q235的(de)(de)(de)Rt為(wei)(wei)(wei)142.2 Ω·cm2,即Q450鋼(gang)的(de)(de)(de)Rt也相(xiang)對(dui)較(jiao)(jiao)大(da)。由腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)微(wei)觀形貌(mao)可知，Q450鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)更致密，腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)間裂縫較(jiao)(jiao)少，阻(zu)(zu)礙了基(ji)體與介質的(de)(de)(de)反應(ying)，從而導致Rf較(jiao)(jiao)大(da)，且(qie)Q450鋼(gang)含有Cr和Cu等元(yuan)素，材料本身耐蝕(shi)(shi)性(xing)相(xiang)對(dui)較(jiao)(jiao)好，所以(yi)Rt也相(xiang)對(dui)較(jiao)(jiao)大(da)。

圖9 Q235和Q450鋼(gang)在吐(tu)魯番大(da)氣環境中(zhong)暴曬(shai)4 a后在0.1 mol/L Na2SO4溶液中(zhong)的(de)EIS曲線

圖10 EIS結果擬合(he)電(dian)路

表(biao)3 EIS擬合(he)電路各元件參數值

3 結論

（1） Q235鋼(gang)和(he)Q450耐候鋼(gang)在吐魯番大氣環境中暴曬4 a后(hou)表面(mian)均出現明(ming)顯的紅褐色銹層，平均腐蝕速(su)率分別為(wei)12和(he)14 g·m-2·a-1。兩種鋼(gang)表面(mian)腐蝕坑(keng)平均深度分別為(wei)40.47和(he)38.43 μm,Q235鋼(gang)腐蝕較為(wei)嚴重。

（2） Q235和Q450兩種鋼(gang)腐蝕(shi)(shi)產(chan)物均(jun)含有α-FeOOH,γ-FeOOH和Fe2O3· H2O。Q235鋼(gang)腐蝕(shi)(shi)產(chan)物中含α-FeOOH較少，腐蝕(shi)(shi)產(chan)物疏(shu)松多孔，存在明顯的裂縫；Q450鋼(gang)表面腐蝕(shi)(shi)產(chan)物中含α-FeOOH較多，腐蝕(shi)(shi)產(chan)物相對致密，從而(er)阻礙了環境中吸(xi)附水和沉積物的進(jin)入，進(jin)而(er)提高了材料的耐蝕(shi)(shi)性。

（3） Q450鋼(gang)腐(fu)蝕產(chan)物(wu)層電阻和電荷(he)轉(zhuan)移電阻都(dou)大于Q235鋼(gang)的(de)(de)，即(ji)Q450鋼(gang)材料本身不易發生腐(fu)蝕，且腐(fu)蝕產(chan)物(wu)對于基(ji)體的(de)(de)保護作用也相對較好。Q450鋼(gang)在吐魯番干(gan)熱大氣環(huan)境中(zhong)的(de)(de)耐蝕性優于Q235鋼(gang)的(de)(de)。