劉璇，邵曉峰，高瑾，李永紅，胡添奇，梁帥，宋嘉良，肖葵

304不銹鋼和5083鋁合金在模擬城市地下空間環(huán)境中的腐蝕行為對(duì)比

劉璇1，邵曉峰2，高瑾1，李永紅2，胡添奇2，梁帥1，宋嘉良1，肖葵1

（1.北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083；2.株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

研究對(duì)比了304不銹鋼與5083鋁合金在模擬武漢地下空間環(huán)境條件下的腐蝕行為。在對(duì)武漢工況調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了符合地下環(huán)境特點(diǎn)的室內(nèi)加速試驗(yàn)譜，包括循環(huán)鹽霧試驗(yàn)和濕熱試驗(yàn)等，以一個(gè)加速周期模擬實(shí)際服役環(huán)境中1 a的腐蝕量；利用掃描電子顯微鏡（SEM）、激光共聚焦顯微鏡等方法分析了304不銹鋼與5083鋁合金的表面形貌、腐蝕產(chǎn)物成分和腐蝕動(dòng)力學(xué)等。根據(jù)模擬武漢地下空間環(huán)境設(shè)計(jì)的加速試驗(yàn)，經(jīng)過5個(gè)循環(huán)周期后，不銹鋼與鋁合金均在局部發(fā)生不同程度的點(diǎn)蝕，5083鋁合金表面鈍化膜被破壞，腐蝕產(chǎn)物堆積，而304不銹鋼腐蝕輕微。根據(jù)擬合結(jié)果，不銹鋼最大點(diǎn)蝕深度與腐蝕時(shí)間時(shí)間符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系1=7.637+1.212e0.517t，形成的腐蝕坑小而深；鋁合金符合冪函數(shù)關(guān)系2=11.750.699，主要形成寬而淺的腐蝕坑，其寬深比逐漸增加。隨著服役時(shí)間的延長，304不銹鋼在模擬城市地下空間環(huán)境中的點(diǎn)蝕深度發(fā)展較5083鋁合金更快，304不銹鋼的點(diǎn)蝕率受地下運(yùn)行環(huán)境的影響逐年增加，而5083鋁合金局部腐蝕放緩。

304不銹鋼；5083鋁合金；地下環(huán)境；點(diǎn)蝕；腐蝕行為；環(huán)境譜

為了緩解城市地面建設(shè)資源緊張的問題，我國對(duì)于城市地下空間開發(fā)的規(guī)劃逐漸步入正軌，比如地下城軌、地下隧道等；特別是地下軌道交通的快速發(fā)展，使國內(nèi)城市得以縱向擴(kuò)張，優(yōu)化整體布局結(jié)構(gòu)。城市軌道交通由于其快捷且運(yùn)量大等特點(diǎn)，極大地改善沿線居民的交通出行，成為覆蓋城市地區(qū)的交通系統(tǒng)中的重要一環(huán)。而城市交通在地下運(yùn)行時(shí)將受到溫度、濕度和大氣污染物等多種環(huán)境因素的影響[1-3]。武漢地處我國內(nèi)陸地區(qū)，位于亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，全年雨量充沛，四季較分明；其交通線在通道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，溫濕度主要受大氣環(huán)境、行駛的牽引產(chǎn)熱、基本設(shè)施產(chǎn)熱、周圍土壤和活塞風(fēng)等的影響，而外界大氣的溫濕度則是直接影響通道內(nèi)的溫濕度。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4-5]，夏季時(shí)地下平均溫度要高于外界大氣的平均溫度。同時(shí)，受到周邊土壤熱堆積影響，其濕度波動(dòng)幅度較小且相對(duì)穩(wěn)定。

304不銹鋼在大氣環(huán)境中應(yīng)用時(shí)主要產(chǎn)生均勻腐蝕和局部腐蝕[6-7]。當(dāng)不銹鋼表面的鈍化膜被破壞，裸露的基體會(huì)與鈍化膜構(gòu)成“大陰極-小陽極”的腐蝕電池，而導(dǎo)致點(diǎn)蝕不斷向材料內(nèi)部發(fā)展，作為一種破壞性較大的局部腐蝕，點(diǎn)蝕將會(huì)造成穿孔等嚴(yán)重的事故[8-10]。目前，可以通過添加緩蝕劑或調(diào)節(jié)不銹鋼中的合金元素，如Cr、Ni和Mo等提高不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性[11]。此外，姜勇等[12]通過低溫氣體滲碳形成了膨脹奧氏體相，提高了形變304L不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性。

鋁合金具有質(zhì)輕的特點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)輕量化目的的金屬材料之一。鋁合金在大氣環(huán)境中的耐蝕性主要取決于表面形成的氧化膜的性質(zhì)和在相應(yīng)環(huán)境中的穩(wěn)定性[13-14]。鋁作為一種活潑性較高的金屬材料，一旦暴露在大氣環(huán)境中，表面將生成一層具有膠體性質(zhì)的氫氧化物，即Al(OH)3，對(duì)鋁的腐蝕具有一定影響[15-16]。Fuente等[17]對(duì)西班牙各種類型的大氣環(huán)境下暴露13～16 a的鋁合金進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，在城市大氣環(huán)境中，鋁合金的劣化程度不到30 mg/dm2。李一等[18-22]發(fā)現(xiàn)含氯環(huán)境中幾種典型鋁合金的腐蝕失重量與時(shí)間符合冪指數(shù)函數(shù)規(guī)律，且在腐蝕前期產(chǎn)生點(diǎn)蝕，隨后發(fā)展為全面腐蝕；而鋁合金表面的腐蝕產(chǎn)物對(duì)基體具有一定保護(hù)作用，羅雪等[23]發(fā)現(xiàn)6061鋁合金的腐蝕產(chǎn)物在后期阻礙了點(diǎn)蝕坑的擴(kuò)展。

本文研究對(duì)象為在地下空間設(shè)施中所使用的304不銹鋼與5083鋁合金。試樣按已設(shè)計(jì)的模擬環(huán)境譜進(jìn)行周期加速試驗(yàn)，包括鹽霧試驗(yàn)、干燥/濕熱試驗(yàn)等。利用激光共聚焦顯微鏡（CLSM）和掃描電子顯微鏡（SEM）等分析其腐蝕形貌以及腐蝕動(dòng)力學(xué)，使用能譜儀（EDS）對(duì)表面腐蝕產(chǎn)物的元素組分進(jìn)行研究，并根據(jù)相應(yīng)的函數(shù)模型，對(duì)兩種材料的點(diǎn)蝕深度及其發(fā)展規(guī)律進(jìn)行擬合和計(jì)算。

1 試驗(yàn)

1.1 材料及試樣制備

本試驗(yàn)選用304不銹鋼和5083鋁合金，均為在地下空間設(shè)施中涉及的相應(yīng)材料。所有試樣切割成50 mm×25 mm×3 mm的片狀。每個(gè)試片在寬邊一側(cè)的中心位置打一個(gè)1 mm的孔，用于在試驗(yàn)箱內(nèi)懸掛；所有試樣在試驗(yàn)前用丙酮表面除油后，用水磨砂紙將六面打磨至800#，分別用去離子水和無水乙醇超聲清洗后吹干備用。

1.2 環(huán)境加速試驗(yàn)方法

根據(jù)武漢地下空間環(huán)境的特點(diǎn)等設(shè)計(jì)加速腐蝕環(huán)境譜：針對(duì)武漢地下設(shè)施運(yùn)行工況涉及的自然環(huán)境動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行調(diào)研，計(jì)算地下設(shè)施實(shí)際年運(yùn)行時(shí)間；后參照不銹鋼與鋁合金基材的折算系數(shù)，計(jì)算出不銹鋼和鋁合金在加速試驗(yàn)環(huán)境譜作用時(shí)間1 h與在純水條件下的作用時(shí)間當(dāng)量；最后明確環(huán)境強(qiáng)度（溫度、濕度、鹽溶液濃度等）、持續(xù)時(shí)間（每個(gè)周期及循環(huán)的試驗(yàn)時(shí)間）和先后順序（鹽霧、干燥和濕熱等循環(huán)的順序），設(shè)計(jì)出合適的試驗(yàn)加速試驗(yàn)方案。在1個(gè)加速試驗(yàn)周期內(nèi)，包括鹽霧、濕熱、干燥和清洗部分。按如圖1所示的環(huán)境譜進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，以一個(gè)循環(huán)周期模擬實(shí)際服役環(huán)境中1 a的腐蝕量；在模擬1 a的腐蝕循環(huán)譜中，干燥/濕熱試驗(yàn)循環(huán)均為3次，不銹鋼的鹽霧/干濕循環(huán)試驗(yàn)為3次（=3），鋁合金的鹽霧/干濕循環(huán)為5次（=5），完成鹽霧/干濕循環(huán)后進(jìn)入清洗部分。304不銹鋼和5083鋁合金均進(jìn)行5個(gè)加速周期的試驗(yàn)，模擬實(shí)際環(huán)境中5年的腐蝕當(dāng)量。

圖1 室內(nèi)加速試驗(yàn)?zāi)M1 a的腐蝕循環(huán)譜

鹽霧試驗(yàn)所用儀器為YWXQ-750 型鹽霧箱，所有金屬試樣均垂直懸掛在試驗(yàn)箱體內(nèi)，使用稀硫酸和pH精密試紙調(diào)整溶液的pH值，按環(huán)境譜中設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。結(jié)束后將試樣直接放入高低溫濕熱箱中進(jìn)行下一模塊。

將試樣平放在試驗(yàn)箱內(nèi)的架子中，使用MQ- WSJB-1000型高低溫濕熱箱對(duì)試樣進(jìn)行干燥和濕熱處理。清洗譜即將所有試樣在稀釋30倍后的濃縮清洗液中靜置浸泡10 min，再放置于純水中浸泡10 min后取出吹干。

1.3 測(cè)試方法

根據(jù)GBT 16545—2015《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》標(biāo)準(zhǔn)，選用除銹液去除室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)后304不銹鋼與5083鋁合金表面的腐蝕產(chǎn)物[24]。304不銹鋼所用除銹方法為：200 mL硝酸（HNO3，=1.42 g/mL）與蒸餾水配制成1 000 mL溶液，在25 ℃下放置60 min。鋁合金的除銹方法為：在25 ℃下，置于硝酸（HNO3，=1.42 g/mL）中浸泡5 min后取出。最后，所有試樣用去離子水和無水乙醇分別清潔和脫水后，在烘箱內(nèi)干燥后置于干燥器內(nèi)。

表1 室內(nèi)加速試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)

Tab.1 Environmental parameters of indoor accelerated test

THT: constant temperature and humidity test.

采用Nikon數(shù)碼相機(jī)對(duì)試驗(yàn)后試樣表面拍照，記錄室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)后304不銹鋼與5083鋁合金的宏觀形貌。使用KEYENCE 200 series型共聚焦顯微鏡，觀察腐蝕加速試驗(yàn)后試片除銹后的表面的腐蝕凹坑或點(diǎn)蝕坑的變化情況，并在樣品表面選取3個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行蝕坑尺寸的測(cè)量等。通過JEOL JCM 6000PLUS型電子顯微鏡對(duì)除銹前的樣品進(jìn)行微區(qū)形貌分析，并使用掃描電子顯微鏡配套的X射線能譜儀（EDS）測(cè)試樣品表面腐蝕產(chǎn)物的組成成分。

2 結(jié)果與討論

2.1 宏觀形貌

圖2—3分別是304不銹鋼與5083鋁合金在室內(nèi)模擬加速腐蝕1～5周期試樣的宏觀形貌，可以看出，5個(gè)周期試驗(yàn)后，不銹鋼表面沒有明顯的變化，無肉眼可見的腐蝕產(chǎn)物，仍保持金屬光澤。而鋁合金表面均有不同程度的腐蝕，在4～5周期基材幾乎完全被灰白色腐蝕產(chǎn)物覆蓋，表面顏色逐漸加深。

圖4—5是不同試驗(yàn)周期的304不銹鋼和5083鋁合金除銹后的表面形貌以及對(duì)應(yīng)的3D形貌；對(duì)比不同腐蝕周期后的蝕坑可以發(fā)現(xiàn)，第1周期的不銹鋼試樣表面腐蝕破壞較為輕微，僅有少量點(diǎn)蝕坑，而3～5周期后，局部腐蝕面積開始擴(kuò)大，蝕坑數(shù)量增多；根據(jù)蝕坑的尺寸測(cè)量結(jié)果（表2），可以發(fā)現(xiàn)其深度由第1周期的9.856 μm增長到第5周期的23.674 μm。而5083鋁合金在第1周期表面即發(fā)生了較為嚴(yán)重的破裂和腐蝕。對(duì)比兩種金屬腐蝕坑的發(fā)展特點(diǎn)，鋁合金的點(diǎn)蝕坑較寬，在第5周期達(dá)到了156.387 μm。總的來說，隨著試驗(yàn)周期的延長，不銹鋼和鋁合金表面的腐蝕蝕坑不斷萌生、發(fā)展，不銹鋼具有更好的抗點(diǎn)蝕性能。

2.2 微觀形貌與成分分析

圖6—7是利用掃描電子顯微鏡獲得的不銹鋼和鋁合金經(jīng)加速試驗(yàn)第1、3、5周期后的表面微觀形貌?？梢钥吹?，第1周期的不銹鋼表面幾乎不腐蝕，表面沒有腐蝕產(chǎn)物堆積和剝落的情況；第5周期試樣表面有較大的蝕坑；根據(jù)表4的EDS結(jié)果，不銹鋼上含有少量O元素，且304不銹鋼腐蝕情況較輕微，因此可能是在加速試驗(yàn)中形成的表面鈍化膜，主要成分為含F(xiàn)e、Cr等的氧化物。5083鋁合金試樣在第1周期時(shí)，表面仍較為平整，僅有少量含S、Cl等的碎屑；到第3周期時(shí)，表面有較多的腐蝕產(chǎn)物堆積，有微小裂紋出現(xiàn)；到第5周期，鋁合金表面被一層腐蝕產(chǎn)物包覆，但產(chǎn)物層未完全均勻覆蓋，局部區(qū)域出現(xiàn)破損。由表5所示的EDS結(jié)果說明，、、點(diǎn)的氧含量比為3∶4∶5，腐蝕產(chǎn)物中O的含量明顯上升，隨著試驗(yàn)周期的延長，鋁合金的腐蝕情況逐漸加重，產(chǎn)物中的Na、Cl可能來自于鹽霧試驗(yàn)過程中的NaCl和Na2SO4。

圖2 304不銹鋼室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)后的各周期宏觀形貌

圖3 5083鋁合金室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)后的各周期宏觀形貌

圖4 304不銹鋼室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)各周期的共聚焦形貌

圖5 5083鋁合金室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)各周期的共聚焦形貌

表2 304不銹鋼各加速腐蝕試驗(yàn)周期后的腐蝕坑測(cè)量結(jié)果

Tab.2 Corrosion pit measurement results of 304ss

表3 5083鋁合金各加速腐蝕試驗(yàn)周期后的腐蝕坑測(cè)量結(jié)果

Tab.3 Corrosion pit measurement results of 5083 aluminum alloy

2.3 腐蝕規(guī)律與壽命預(yù)測(cè)

由于不銹鋼中添加了Cr元素，因此會(huì)在基體表面形成一層致密的鈍化膜，該鈍化膜成為不銹鋼耐蝕性能的主要來源[7]。然而，Cl–的存在會(huì)造成不銹鋼鈍化膜的破損，尤其是在基體缺陷如晶界、位錯(cuò)、夾雜或表面機(jī)械損傷處，鈍化膜常常不完整，保護(hù)性較差，點(diǎn)蝕更容易在該類缺陷處生成[4,6]。不銹鋼的腐蝕類型主要以點(diǎn)蝕為主，其特點(diǎn)是在局部的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生腐蝕，而非一開始就在基材的表面產(chǎn)生大面積的腐蝕。

圖6 304不銹鋼室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)后的掃描電鏡結(jié)果

圖7 5083鋁合金室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)后的掃描電鏡結(jié)果

表4 304不銹鋼不同周期加速腐蝕試驗(yàn)的EDS結(jié)果

Tab.4 EDS results of 304ss after different accelerated corrosion tests wt.%

表5 5083鋁合金不同周期加速腐蝕試驗(yàn)的EDS結(jié)果

Tab.5 EDS results of 5083 aluminum alloy after different accelerated corrosion tests wt.%

對(duì)于不銹鋼最大點(diǎn)蝕深度的結(jié)果，需要對(duì)實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以判斷其最大點(diǎn)蝕發(fā)展速度的規(guī)律。從表2可以看出，304不銹鋼在室內(nèi)加速五個(gè)周期后，其最大點(diǎn)蝕深度呈現(xiàn)加速上漲的趨勢(shì)，符合指數(shù)規(guī)律，因此選用指數(shù)模型對(duì)不銹鋼最大點(diǎn)蝕深度進(jìn)行擬合預(yù)測(cè)，如圖8所示為擬合曲線。

因此，不銹鋼最大點(diǎn)蝕深度按指數(shù)函數(shù)擬合結(jié)果為：

1=7.637+1.212e0.517t(1)

式中：為不銹鋼的最大點(diǎn)蝕深度，為腐蝕時(shí)間。擬合所得相關(guān)系數(shù)2為0.998，為高度相關(guān)，說明擬合結(jié)果合理可信。依據(jù)擬合所得的不銹鋼最大點(diǎn)蝕深度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系，估計(jì)不銹鋼不同周期的最大點(diǎn)蝕深度，并給出置信水平為95%的預(yù)測(cè)范圍，相關(guān)結(jié)果見表6。

圖8 304不銹鋼室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)后的最大點(diǎn)蝕深度擬合曲線

表6 304不銹鋼各加速腐蝕試驗(yàn)周期后的最大點(diǎn)蝕深度與預(yù)測(cè)結(jié)果

Tab.6 Thickness loss and prediction results of 304ss

由于點(diǎn)蝕坑內(nèi)閉塞電池的自催化作用使304不銹鋼的點(diǎn)蝕深度增長以及其點(diǎn)蝕發(fā)展速率呈現(xiàn)指數(shù)型規(guī)律。點(diǎn)蝕在局部區(qū)域內(nèi)發(fā)展，形成小而深的腐蝕結(jié)構(gòu)，隨著腐蝕的進(jìn)行，腐蝕產(chǎn)物會(huì)在點(diǎn)蝕坑口堆積，此時(shí)金屬蝕坑外表面腐蝕過程的陽極反應(yīng)為吸氧腐蝕反應(yīng)，蝕坑內(nèi)氧濃度下降，極易與坑外的富氧環(huán)境形成氧濃差電池。同時(shí)，隨著腐蝕的進(jìn)行，坑內(nèi)陽離子濃度逐漸提高，需要坑外Cl?的遷入來維持電中性，因此Cl?不斷地向坑內(nèi)富集，導(dǎo)致坑內(nèi)Cl?濃度逐漸升高。與此同時(shí)，坑內(nèi)金屬離子發(fā)生水解，產(chǎn)生H+，使pH值持續(xù)降低，坑內(nèi)形成一個(gè)酸性環(huán)境，并使坑內(nèi)金屬呈現(xiàn)活化溶解的狀態(tài)。而產(chǎn)生H+和Cl?進(jìn)一步促進(jìn)蝕坑側(cè)壁金屬再次發(fā)生溶解，不斷加深蝕坑內(nèi)部的深度[9]，并且有研究表明在NaCl環(huán)境中，304不銹鋼蝕孔內(nèi)點(diǎn)蝕產(chǎn)物濃度的增加對(duì)蝕孔寬深比的下降、和穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的生長速率增加具有關(guān)鍵作用[25]。

對(duì)于鋁合金，由于其表面會(huì)生成一層致密的氧化物保護(hù)膜，從而使其具有良好的耐蝕性。但Cl?的存在會(huì)破壞鋁合金的保護(hù)膜。因此在含氯的大氣環(huán)境下鋁合金的腐蝕主要以局部鈍化膜的點(diǎn)蝕破壞為主，同時(shí)還存在剝蝕的情況[26-27]。根據(jù)表3對(duì)于鋁合金各加速周期最大點(diǎn)蝕深度的測(cè)量結(jié)果，對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，判斷其最大點(diǎn)蝕發(fā)展速度的規(guī)律。從圖9可以看出，5083鋁合金在室內(nèi)加速五個(gè)周期后，其最大點(diǎn)蝕深度發(fā)展呈現(xiàn)緩慢上漲的趨勢(shì)，因此選擇冪函數(shù)對(duì)其點(diǎn)蝕發(fā)展規(guī)律進(jìn)行擬合，圖9所示為擬合曲線。

因此，鋁合金最大點(diǎn)蝕深度按冪函數(shù)擬合結(jié)果為：

2=11.7580.699

擬合所得相關(guān)系數(shù)2為0.995，說明對(duì)鋁合金的擬合結(jié)果是合理可信的。依據(jù)擬合所得的鋁合金最大點(diǎn)蝕深度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系，估計(jì)鋁合金不同周期的最大點(diǎn)蝕深度，并給出置信水平為95%的預(yù)測(cè)范圍，相關(guān)結(jié)果見表7。

圖9 5083鋁合金室內(nèi)模擬地下空間環(huán)境加速試驗(yàn)后的最大點(diǎn)蝕深度擬合曲線

表7 5083鋁合金各加速腐蝕試驗(yàn)周期后的最大點(diǎn)蝕深度與預(yù)測(cè)結(jié)果

Tab.7 Thickness loss and prediction results of 5083 aluminum alloy

從表中可以發(fā)現(xiàn)，5083鋁合金的腐蝕水平逐漸降低，并無限趨近于一個(gè)較低的狀態(tài)?，F(xiàn)有對(duì)鋁合金在3.5% NaCl中的腐蝕研究表明，鋁合金基本不發(fā)生均勻腐蝕，其表面生成的結(jié)晶氧化物層是非均勻的，而鈍化層中發(fā)生的反應(yīng)和擴(kuò)散現(xiàn)象是影響表面腐蝕行為的重要因素[28-29]。服役環(huán)境中的活性離子將會(huì)導(dǎo)致鈍化膜的溶解，誘發(fā)鋁合金表面的點(diǎn)蝕。5083鋁合金在模擬環(huán)境中的自腐蝕過程以局部點(diǎn)蝕和表面鈍化膜的破壞為主，蝕坑的深度較小。這可能是由于鋁合金試樣經(jīng)干燥/濕熱循環(huán)試驗(yàn)后，Cl?的解離擴(kuò)散受到影響，陰極反應(yīng)的離子傳輸受限，造成陰極反應(yīng)的速率降低；同時(shí)鋁合金表面的腐蝕產(chǎn)物也阻礙了點(diǎn)蝕坑的進(jìn)一步發(fā)展[23]。

3 結(jié)論

1）經(jīng)過5個(gè)循環(huán)周期后，304不銹鋼與5083鋁合金表面形成的鈍化膜被破壞，在局部產(chǎn)生不同程度的點(diǎn)蝕；5083鋁合金表面腐蝕產(chǎn)物堆積，而304不銹鋼腐蝕較輕微。

2）304不銹鋼在模擬武漢地下空間環(huán)境條件的室內(nèi)加速試驗(yàn)中，點(diǎn)蝕深度發(fā)展遵循指數(shù)函數(shù)規(guī)律1=7.637+1.212e0.517t，且點(diǎn)蝕速率逐年增加。

3) 5083鋁合金在模擬武漢地下空間環(huán)境條件的室內(nèi)加速試驗(yàn)中，其點(diǎn)蝕深度發(fā)展遵循冪函數(shù)規(guī)律2=11.7580.699，由于表面鈍化膜及腐蝕產(chǎn)物的阻礙作用，點(diǎn)蝕坑的縱向延伸速率緩慢下降，造成局部腐蝕放緩。

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Comparative Study on the Corrosion Behavior of 304 Stainless Steel and 5083-aluminum Alloy in Simulated Urban Underground Environment

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

(1. Corrosion and Protection Center, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Zhuzhou CRRC Times Electric Co., Ltd., hunan Zhuzhou 412001, China)

According to the characteristics of Wuhan's underground environment, the author investigated the dynamic changes of the natural environment involved in Wuhan's underground, and calculated the annual operating time of facilities based on the operating conditions. At the same time, referring to the conversion coefficients of different metal materials, the environmental strength, duration and sequence were clarified, so as to design an indoor test spectrum that simulated the environmental corrosion equivalent of Wuhan.

In this paper, the corrosion behavior of 304 stainless steel and 5083 aluminum alloy under simulated environmental spectrum was compared. One acceleration cycle was used to simulate the corrosion amount of 1 year in the actual service environment. In the corrosion cycle spectrum simulated for 1 year, the drying/humid heat test cycle was 3 times, the salt spray/humid cycle test was 3 times for stainless steel, and the salt spray/humid cycle test was 5 times for aluminum alloy. After completing the salt spray/humid cycle, the cleaning part was entered. Both 304 stainless steel and 5083 aluminum alloy were tested for 5 acceleration cycles to simulate the corrosion equivalent of 5 years in the actual environment.

The surface morphology, composition of corrosion products and corrosion dynamics of 304 stainless steel and 5083 aluminum alloy were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and laser confocal microscopy. Results show that after 5 cycles, both stainless steel and aluminum alloy had local pitting corrosion to varying degrees. The passivation film on the surface of 5083 aluminum alloy was destroyed and the product accumulated, while the corrosion of 304 stainless steel was slight and had better resistance to pitting, which may be due to the formation of a passivation film on the surface. The main components of films were oxides containing Fe and Cr, and the passivation film could be the main source of the corrosion resistance of stainless steel. In line with the fitting results of the maximum pitting depth, the pitting depth of stainless steel and the corrosion time conforms to the exponential function relationship1=7.637+1.212e0.517t, and the pits were small and deep, and the depth was increasing continuously. Aluminum alloy conforms to the power function relationship2=11.750.699, so 5083-aluminum alloy mainly formed wide and shallow corrosion pits with a width-to-depth ratio increasing gradually. The corrosion dendrity decreases gradually, and tends to a lower state infinitely. For aluminum alloy, active ions in service environment will lead to the dissolution of passivation film, inducing surface pitting. However, the dissociation diffusion of Cl?was affected after the drying/humid heat cycle test, and the ion transfer of the cathode reaction was limited, resulting in a decrease in the rate of the cathode reaction. At the same time, the corrosion products on aluminum alloy surface also hindered the further development of pitting pits.

The experiment of simulating the environmental conditions of the underground space in Wuhan shows that with the extension of service time, the pitting corrosion depth of 304 stainless steel in the simulated urban underground space environment develops faster than 5083 aluminum alloy. The pitting depth of 304 stainless steel is affected by the underground operating environment, and will increase year by year; However, the local corrosion of 5083 aluminum alloy will slow down due to the hindering effect of surface passivation film and corrosion products.

304 stainless steel; 5083-aluminum alloy; underground environment; pitting corrosion; corrosion behavior; environmental spectrum

TG174

A

1001-3660(2022)11-0287-08

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.11.027

2021–08–02；

2022–07–08

2021-08-02；

2022-07-08

劉璇（1997—），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻饘俨牧细g。

LIU Xuan (1997-), Female, Postgraduate, Research focus: metal corrosion.

肖葵（1969—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榻饘俨牧洗髿飧g與機(jī)理。

XIAO Kui (1969-), Male, Doctor, Professor, Research focus: atmospheric corrosion and mechanism of metal.

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