【正文】 ............................................................................11 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)論文 目錄 IV 金相分析 ......................................................................................................................................... 11 掃描電子顯微鏡 (SEM)和能譜分析 ...........................................................................................12 塔菲爾曲線分析 ............................................................................................................................15 濃度影響分析 ........................................................................................................................17 膜厚影響分析 ........................................................................................................................19 交流阻抗譜分析 ............................................................................................................................20 膜厚影響分析 ........................................................................................................................22 濃度影響分析 ........................................................................................................................24 第四章 結(jié)論與展望 .............................................................................................. 28 結(jié)論 ..................................................................................................................................................28 展望 ..................................................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 29 致 謝 .......................................................................................................................... 31 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)論文 緒論 1 第一章 緒 論 研究的意義 隨著人們對(duì)航空安全的越來(lái)越重視，而利用人工除雪作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度高；機(jī)械除雪設(shè)備成本較高、除盡率差、易損壞路面，所以將除冰液廣泛應(yīng)用于路面的除雪工作。但除冰液對(duì)環(huán)境傷害影響很大，同時(shí)對(duì)公路、橋梁混泥土路面造成嚴(yán)重腐蝕破壞。因此有部分學(xué)者研究了除冰液對(duì)環(huán)境的影響、對(duì)路面的影響以及對(duì)交通工具部件的影響，然而專門針對(duì)在薄液膜條件下除冰液對(duì)飛機(jī)機(jī)身材料腐蝕的研究并不多見，并且也沒有一個(gè)相對(duì)成熟的客觀評(píng)價(jià)體系。所以通過在不同薄液膜條件下不同濃度甲酸鉀型除 冰液對(duì) 4130 鋼腐蝕機(jī)理研究，可以更好地了解不同條件下除冰液對(duì) 4130 鋼的腐蝕傾向，有利于對(duì)除冰液的選擇，更有利于飛機(jī)自身材料的防腐蝕，起到更加有效的保護(hù)，提高飛機(jī)的安全性。 4130 鋼與除冰液的概述 關(guān)于 4130 鋼 4130 鋼 具有高的強(qiáng)度和韌性，淬透性較高，在油中臨界淬透直徑 15~70mm；鋼的熱強(qiáng)度性也較好，在 500℃ 以下具有足夠的高溫強(qiáng)度，但 550℃ 時(shí)其強(qiáng)度顯著下降；當(dāng)合金元素在下限時(shí)焊接相當(dāng)好，但接近上限時(shí)焊接性中等，并在焊前需預(yù)熱到 175℃ 以上；鋼的可切削性良好，冷變形時(shí)塑性中 等；熱處理時(shí)在300~350℃ 的范圍有第一類回火脆性；有形成白點(diǎn)的傾向。 4130 鋼通常 是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，當(dāng)含碳量為下限的鋼也可用作要求心部強(qiáng)度較高的滲碳鋼。在中型機(jī)械制造業(yè)中主要用于制造截面較大、在高應(yīng)力條件下工作的調(diào)質(zhì)零件，如軸、主軸以及受高負(fù)荷的操縱輪、螺栓、雙頭螺栓、齒輪等；在化工工業(yè)中用來(lái)制造焊接零件、板材與管材構(gòu)成的焊接結(jié)構(gòu)和在含有氮?dú)浣橘|(zhì)中工作的溫度不超過 250℃ 的高壓導(dǎo)管；在汽輪機(jī)、鍋爐制造業(yè)中用于制造 450℃ 以下工作的緊固件、 500℃ 以下受高壓的法蘭和法蘭蓋。 表 4130 鋼常規(guī) 元素含量 C Si Mn S P Cr ～ ～ ～ ≤ ≤ ～ Ni Cu Mo ≤ ≤ ～ 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)論文 緒論 2 關(guān)于除冰液 機(jī)場(chǎng)道面積雪、結(jié)冰，會(huì)直接導(dǎo)致跑道、滑行道、停機(jī)坪的路面摩擦系數(shù)減少，積雪還可能覆蓋起降標(biāo)記，路面路標(biāo)等，嚴(yán)重 威脅到 飛機(jī)正常的滑行、起降。因此，為了保障正常滑行、起飛和降落，必須除去機(jī)身和機(jī)場(chǎng)跑道的冰霜積雪 [1]。 除冰液 ， 是一種化學(xué)品， 其 功能是融化 道路上的積雪，便于道路疏通， 播撒處效果明顯，但其具有危害性，研究發(fā)現(xiàn)，除冰液殘留物可腐蝕路面和汽車部件 ，所以研究其腐蝕性顯得尤其必要。除冰液 是由化冰這個(gè)名詞演變而來(lái)的，用來(lái)降低冰雪冰點(diǎn)的鹽就被稱為化冰鹽 [2]， 其成份主要是醋酸鉀和氯鹽，并以這兩種進(jìn)行分類 [3]。 除冰液的主要性能之一是降低冰點(diǎn)作用，其作用機(jī)理分為：吸熱和溶解，除冰液作為溶質(zhì)融于雪中成為除冰液稀溶液，從而使融化后的雪水冰點(diǎn)降低，在低氣溫下流走，不再凍結(jié) [4]。 薄液膜下金屬電化學(xué)腐蝕行為研究現(xiàn)狀 薄液膜下金屬腐蝕的電化學(xué)過程 和機(jī)理 關(guān)于薄液層下金屬的腐蝕行為，人們已經(jīng)提出了許多電化學(xué)作用機(jī)制，但尚無(wú)充分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)。其機(jī)制的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在這種腐蝕過程是發(fā)生在有金屬表面固相、薄液膜相和含氧相的三相交界區(qū)域，并且隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，腐蝕產(chǎn)物的析出使反應(yīng)過程變得更加復(fù)雜。 薄液層下金屬腐蝕具有明顯的電化學(xué)特征。它是電化學(xué)腐蝕的一種特殊形式，是金屬處于薄層電解液下的腐蝕；其腐蝕過程既服從于溶液中電化學(xué)腐蝕的一般規(guī)律，又與之有著明顯的不同， 它具有大氣腐蝕的特點(diǎn) [5]。電解液薄膜是由于空氣中水分在金屬表面的吸附凝聚進(jìn)而溶有空氣或其它 污染物質(zhì)而最終形成的，此時(shí)腐蝕的陰極過程是氧的去極化作用，而陽(yáng)極過程是金屬的溶解和水化，不過由于容易發(fā)生陽(yáng)極鈍化及金屬離子水化等困難常使陽(yáng)極過程受到阻滯。電解液膜的厚度、干濕變化頻率、氧氣擴(kuò)散進(jìn)入液膜和金屬界面的速度等是決定金屬在薄液膜下腐蝕速度的關(guān)鍵因素。 薄液膜下金屬腐蝕電化學(xué)研究方法及研究現(xiàn)狀 趙永濤等 [6]采用三電極 ACM 通過恒電量腐蝕速率監(jiān)測(cè)儀和電化學(xué)阻抗測(cè)量系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)了薄層海水液膜下 907A 鋼的腐蝕及薄層緩蝕劑液膜對(duì) 907A 鋼的緩蝕行為，解釋了緩蝕劑的成膜過程，并對(duì)薄層緩蝕劑液膜防蝕 效果做出了快速評(píng)價(jià)。 張正等 [7]采用自制的 Ag/AgCl 固體參比電極前置法，制作了用于 LY12CZ鋁合金在薄液膜下電化學(xué)行為研究的三電極腐蝕電池并研究了薄層液膜濃度和厚度對(duì) LY12CZ 鋁合金極化電阻 Rp、陽(yáng)極極化行為和 EIS 的影響；張學(xué)元、杜四川理工學(xué)院本科畢業(yè)論文 緒論 3 元龍等 [8]采用后置微參比電極技術(shù)測(cè)試了薄液層下金屬的腐蝕行為，研究了銅在不同液膜厚度（ 6～ 1333μm）下的陽(yáng)極極化行為及腐蝕電位的變化。結(jié)果表明隨著液層厚度的減薄， Cu 的腐蝕電位逐漸增大且陽(yáng)極極化曲線由 Tafel 區(qū)轉(zhuǎn)向極限電流控制區(qū)； Yanyan Shi[9]等采 用自制的兩電極體系，測(cè)量了 2024T3 鋁合金在干濕循環(huán)下的電位噪聲。他們發(fā)現(xiàn)，在加濕初期腐蝕電位迅速增加到最大值，然后出現(xiàn)輕微的降低并維持在一定的數(shù)值；在干燥初期腐蝕電位迅速降低，然后基本上維持在一定的數(shù)值不變。他們認(rèn)為這一變化與氧在擴(kuò)散層中的擴(kuò)散速度有關(guān)； Qindong Zhong[10]采用絲束電極方法研究了不同浸泡時(shí)間下，可鍛鋼和銅在薄液層下的腐蝕電位分布情況。研究發(fā)現(xiàn)，在薄液層下腐蝕電位分布不均勻，隨著浸泡時(shí)間的增加，會(huì)出現(xiàn)陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)。但在溶液中，不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。 Stratmann 等 [11]自行研制了 Kelvin 探頭測(cè)量技術(shù)用于薄液膜下的腐蝕研究，測(cè)量了薄液膜下的極化曲線，同時(shí)討論了氧的極限擴(kuò)散電流與液膜厚度之間的關(guān)系。 Nishikata 等 [12]采用電化學(xué)阻抗譜 (EIS)和雙電極系統(tǒng)研究了 304 不銹鋼和普通碳鋼分別在 NaCl 和 H2SO4薄液膜下的腐蝕規(guī)律，建立了金屬 /液膜界面的等效電路模型，分析了電極電流 (電位 )分布對(duì) EIS 數(shù)據(jù)的影響。通過上述方法，有效、快捷的了解到金屬在薄液膜條件下的腐蝕行為。 研究的目的與內(nèi)容 研究的目的 目前對(duì)于除冰液的研究主要集中在其對(duì)環(huán)境對(duì)道 面的破壞，而專注于研究其對(duì)飛機(jī)部件的腐蝕情況的屈指可數(shù)。隨著公眾對(duì)航空安全的重視，確保飛機(jī)自身安全越發(fā)重要。所以通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)了解飛機(jī)自身的結(jié)構(gòu)、性能以達(dá)到提高飛機(jī)的安全性。本文利用飛機(jī)用 4130 鋼作為基材，研究其在甲酸鉀型除冰液下的腐蝕情況。 研究的內(nèi)容 通過 搭建三電極薄液膜腐蝕體系，將 4130 鋼置于不同薄液膜厚度 的 不同濃度甲酸鉀型除冰液 中（控制溫度為 15℃ ），采用 電化學(xué)工作站 測(cè)量 腐蝕體系 的電化學(xué)阻抗和陰極極化曲線， 通過 分析電化學(xué)數(shù)據(jù)，并結(jié)合 SEM 對(duì)腐蝕試樣表面進(jìn)行形貌分析，以得到薄液 膜條件下甲酸鉀型除冰液對(duì)飛機(jī)用 4130 鋼腐蝕機(jī)理。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)論文 實(shí)驗(yàn)部分 4 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn) 設(shè)備及藥品 實(shí)驗(yàn)材料 本次實(shí)驗(yàn)所用 基材 為 4130 鋼 ， 化學(xué)成分如表 。 表 4130 鋼 化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )(%) 成分 C Cr Si Mo Mn S NI 含量 ≤ ≤ 實(shí)驗(yàn)藥品 本實(shí)驗(yàn)用的主要藥品如表 。 表 實(shí)驗(yàn)藥品 藥品 分子量 規(guī)格 含量 產(chǎn)地 無(wú)水乙醇 鹽酸 氯 化鉀 氯化鈉 丙酮 拋光粉 乙二胺 去污膏 環(huán)氧樹脂 甲酸鉀型除冰液 — — — — 分析純 分析純 分析純 分析純 分析純 — — — — — % 36%~38% % % % — — — — 50% 重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司 重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司 成都金山化學(xué)試劑有限公司 成都市科龍化工試劑廠 重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司 成都市科龍化工試劑廠 成都市科龍化工試劑廠 自貢市三利化工有限公司 獻(xiàn)縣環(huán)宇漁具材料有限公司 — 實(shí)驗(yàn)儀器 本實(shí)驗(yàn)主要使用儀器如表 。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)論文 實(shí)驗(yàn)部分 5 表 主要實(shí)驗(yàn)儀器 儀器名稱 型號(hào) 產(chǎn)地 電化學(xué)工作