影响钢铁大气腐蚀的主要因素包括电解质薄液膜的成分，浓度，相对湿度以及温度等[1-5]。在相对湿度不高于60%，且无污染物存在的大气环境中，干净、光滑的钢铁表面不会发生明显腐蚀[6]。Leygraf等[7]研究表明，空气中相对湿度的变化(50%～95%)对钢铁腐蚀速率的影响非常明显，即腐蚀速率随着相对湿度的升高而增大。相比而言，温度对腐蚀速率的影响则较为复杂。一方面，随着温度的升高，钢铁表面的物理、化学反应进程加快，扩散速率也随之增大，从而会提高钢铁的腐蚀速率。另一方面，温度的升高导致薄液膜脱附速率提高，进而缩短润湿时间，并且还会减小O2在薄液膜中的溶解度，因此又会降低钢铁的腐蚀速率。

目前，我国南部及东南亚热带沿海地区的钢铁构件正面临着高湿热海岸大气腐蚀问题，国内很多学者正积极开展此类研究。马元泰等[8]经过36个月的现场曝晒得出的数据发现，低碳钢在高湿热海岸大气环境中腐蚀初期的腐蚀失重曲线幂指数n值远大于1，而随着腐蚀时间的延长n值逐渐减小，此外，腐蚀产物主要由α-FeOOH，Fe3O4，γ-FeOOH及β-FeOOH组成。但是此项研究由于现场曝晒环境复杂多变，难于控制大气环境中温湿度因素的影响，很难解释高湿热海岸大气中钢铁的腐蚀机理。基于此，本文采用实验室模拟大气腐蚀干/湿交替实验(CCT)[9-11]的方法，结合电化学测量，研究高湿热海岸大气中Q235B钢的腐蚀演化特性，并对其腐蚀机理进行了探讨。

砂石会在雨水箱涵土方回填施工中用到，将水洒在每层砂石上并进行适当碾压，最后将其夯实，并对每一层砂石的实际厚度进行合理控制保证其与施工标准相符合。尤其注意夯实雨水箱涵的墙边位置和涵侧及相关细节问题，从而使土方回填工作的质量得到保证。

1 实验方法

本工作的实验材料为Q235B级低碳钢，其化学成分 (质量分数,%)为：C 0.210，Si 0.210，Mn 0.580，S 0.036，P 0.017，Cu 0.020，Fe余量。采用精密线切割机床对钢材进行线切割，得到尺寸为50 mm×50 mm×5 mm的实验样品供干/湿交替腐蚀增重实验用，尺寸为10 mm×10 mm×1 mm的实验样品供极化曲线测量用。

干/湿交替腐蚀增重实验[12-14]的流程为：(1)采用分析天平称量样品的初始质量；(2)往实验样品表面按40 μL/cm2滴加腐蚀溶液，并使其铺展均匀；(3)设定HWS-70BX恒温恒湿实验箱内的温度和相对湿度分别为40℃和80%。当箱内的温度和相对湿度稳定后，放置实验样品于实验箱内至设定的时间(12 h)；(4)样品干燥后取出实验样品再次称重；(5)用蒸馏水洗盐以避免盐粒在样品表面聚集。以上为1个实验周期(1 CCT)；(6)样品表面干燥之后，重复第2和第4步直到设定的干/湿交替周次。每种环境的腐蚀增重实验均采用三个平行样品(#1，#2和#3分别对应Cl-浓度0.17,0.33和0.50 mol/L)，并分别进行称量，之后以3者的平均值绘制出腐蚀增重随腐蚀周期变化的曲线。

以CS310电化学工作站对动电位极化曲线进行测试，实验过程中采用三电极体系：工作电极为不同干/湿交替周次腐蚀后的带锈钢样；辅助电极为面积是4 cm2的Pt片；参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。溶液与参比电极之间采用鲁金毛细管相连，鲁金毛细管口靠近工作电极表面(约1 mm距离)，以减小溶液欧姆电位降。工作温度为室温(25℃)，所有的电位值均是相对于饱和甘汞电极的电位。实验过程中所用的电解液分别为各自的模拟大气腐蚀的溶液。扫描电位范围为±0.3 Vvs Ecorr(相对于自腐蚀电位)，扫描速率为0.1 mV/s。

从图4中还可以发现，随着高湿热海岸大气环境中Cl-浓度的升高，腐蚀产物中Fe3O4的含量明显减少。这说明，高湿热海岸大气环境中高浓度的Cl-不利于Fe3O4的生成。主要原因可能是：高浓度的Cl-破坏锈层导致锈层/钢基体界面O2含量升高，减慢了FeOOH还原为Fe3O4的进程，导致生成的Fe3O4含量降低。

电话：010-82013328; E-mail:analysislab@263.net；ana-info@263.net

2 结果与讨论

2.1 腐蚀动力学

图1为3种不同Cl-浓度(0.17，0.33和0.50 mol/L)的高湿热海岸大气模拟环境中低碳钢的腐蚀增重曲线。可以看出，3种模拟环境中低碳钢的腐蚀增重均随着腐蚀周期的延长而增大，这说明腐蚀在不断进行中。在5 CCT之前，3条增重曲线几乎重合，而在5 CCT之后，低碳钢的腐蚀增重随着模拟环境中Cl-含量的增加(从#1至#3)而增大。钢铁大气腐蚀动力学符合幂函数规律如式(1)所示[16-20]，其中ΔW为单位面积的腐蚀增重，N是腐蚀周期数(CCT次数)，A和n是常数。从式(1)可以得到腐蚀速率公式(2)[21-23]，将式(1)和式(2)等式两边分别取对数得到式(3)和式(4)。由式(4)可知，当n＜1时，腐蚀速率随N的增加而下降；当n＞1时，腐蚀速率随N的增加而升高；当n=1时，腐蚀速率为常数。因此，较小的n意味着较低的腐蚀趋势。

图2为Q235B钢在模拟高湿热海岸大气环境中的腐蚀增重对数坐标结果。可以看出，#1～#3模拟环境中，低碳钢的lgΔW-lgN曲线均可分为3个阶段。在#1模拟环境中，lgΔW-lgN曲线的转折点依次为5和11；在#2模拟环境中，转折点依次为6和10；在#2模拟环境中，转折点依次为6和11。根据转折点对3种模拟环境中的腐蚀增重曲线依次进行拟合得到图2中的直线部分，拟合得到的参数如表1所示。从#1模拟环境的拟合参数n中可以发现，低碳钢在第1阶段为腐蚀加速过程，在第2和第3阶段是腐蚀减速过程；从#2和#3模拟环境的拟合参数n中可以发现，低碳钢在第1和第2阶段为腐蚀加速过程，在第3阶段是腐蚀减速过程。此外，在3种模拟环境中，幂指数均随着腐蚀时间的延长而减小，这与前人的研究结果一致[8]。

图1 模拟高湿热海岸大气环境中Q235钢的腐蚀增重曲线 Fig.1 Corrosion mass gain results of Q235 steel with prolonged CCT number in simulated hot-humid coastal atmospheres

那洞口子这会儿正往外冒着些黄绿色的浓烟。烟雾里，已经有了一堆人在口子前面穿来穿去地忙。可以看出来，西山的这次事故实在是太大了。我粗略地环顾了一下，四周那些披满了黑色煤尘的工棚子、几个三角钢架子，以及洞口子上的山崖，都他妈撕裂得不成个样子了。我噗噗吐出些嘴里沙牙的煤渣子，用袖口抹了抹唇角。

图3所示为根据表1所列拟合方程中的截距和斜率采用式(4)计算得到的瞬时腐蚀速率随干/湿交替次数变化的曲线。可以看出，在#1模拟大气环境中，低碳钢的腐蚀速率在第1阶段时随着腐蚀周期的延长而增大，在第2阶段时随着腐蚀周期的延长而缓慢减小，在第3阶段时随着腐蚀周期的延长而迅速减小。在#2模拟大气环境中，低碳钢的腐蚀速率在第1阶段时随着腐蚀周期的延长而增大，在第2阶段时随着腐蚀周期的延长变化不大，在第3阶段时随着腐蚀周期的延长而迅速减小。在#3模拟大气环境中，低碳钢的腐蚀速率的变化规律与在#2模拟大气环境中相似。此外，可以发现，在整个腐蚀过程中，从#1～#3模拟环境中低碳钢的腐蚀速率逐渐增加，说明高湿热海岸大气环境中Cl-浓度越高低碳钢腐蚀速率越大。

图2 Q235B钢在模拟高湿热海岸大气中的腐蚀增重结果的对数坐标曲线 Fig.2 Bilogarithmic plot of mass gain data in Fig.1(solid lines represent fitting results)

图3 Q235B钢在模拟高湿热海岸大气中腐蚀速率随干/湿交替次数变化的曲线 Fig.3 Calculated instantaneous corrosion rate result of Q235 steel with prolonged CCT number in simulated hot-humid coastal atmospheres

表1 Q235B钢在模拟高湿热海岸大气中腐蚀增重曲线的分段拟合结果 Table 1 Fitting equations and regression coefficients of corrosion data of Q235 steel in simulated hot-humid coastal atmospheres(yis lgΔW,xis lgN,the constant in the equation is lgA;the slop in the equation isn)

Sample#1#2#3 First stage y=0.041+1.086x R2=0.999(1-4)y=0.070+1.160x R2=0.999(1-5)y=-0.017+1.429x R2=0.998(1-5)Second stage y=0.198+0.886x R2=0.999(5-10)y=0.083+1.094x R2=0.998(6-9)y=0.157+1.043x R2=0.998(6-10)Third stage y=0.738+0.370x R2=0.998(11-30)y=0.772+0.422x R2=0.998(10-30)y=0.769+0.444x R2=0.998(11-30)

2.2 腐蚀产物相组成

信息化教学资源本身具有很强的丰富性和多样性，它能把原本枯燥乏味的教学内容生动形象地呈现给学生，在一定程度上促进学生感性思维的发展，有效挖掘学生的学习潜能，在无形中促使学生把所学内容和实际生活紧密结合起来，从而真正起到优化小学课堂教学结构的作用。

采用DX-2700B X-ray Diffraction X射线衍射(XRD)分析经过不同干/湿交替周次腐蚀后得到的腐蚀产物相组成。粉末样品的制备过程是：将钢铁样品表面锈层刮下，研磨后制成粉末样品。衍射测量时扫描速度为2°/min。采用对比XRD结果中各个相的峰强进行相组成的半定量分析[9,12,15]。

图4为Q235B钢在模拟高湿热海岸大气中腐蚀30 CCT后锈层的XRD谱。结果表明，3种不同Cl-浓度的高湿热海岸大气模拟环境中，低碳钢的腐蚀产物主要由γ-FeOOH和大量Fe3O4组成。而以往的研究表明[12,14]，在低湿热海岸大气环境中，低碳钢表面腐蚀产物主要为α-FeOOH，γ-FeOOH，以及少量的Fe3O4和β-FeOOH。这就意味着高湿热海岸大气环境更有利于Fe3O4的生成。Evans等[24]认为，钢铁腐蚀产物相Fe3O4存在于含O2量低的锈层/钢基体界面，也就是说，低含量的O2促进Fe3O4的生成。而钢铁表面薄液膜中O2的含量随着大气中温度的升高而降低，加速了高湿热海岸大气环境中FeOOH还原为Fe3O4的进程。这应该是高湿热海岸大气环境促进Fe3O4生成的主要原因。

图4 Q235B钢在模拟高湿热海岸大气中经过30 CCT后腐蚀产物的XRD谱 Fig.4 XRD patterns of powdered rust on Q235 steel after 30 CCT in simulated hot-humid coastal atmospheres

图5高湿热海岸大气环境中带锈电极的极化曲线结果 Fig.5 Polarization curves of rusted Q235 steel samples in simulated hot-humid coastal atmospheres as a function of the CCT number:(a)for#1;(b)for#2;(c)for#3

2.3 锈层电化学性质

图5 为经过不同干/湿循环次数腐蚀后的Q235B钢带锈电极在高湿热海岸大气模拟环境中的极化曲线。对于#1模拟环境如图5a所示，可以看出，从1 CCT至5 CCT带锈电极腐蚀电位正移，阴极和阳极电流密度增加，这意味着随着腐蚀的进行促进了阴极和阳极的反应过程。从5 CCT至15 CCT腐蚀电位负移，阴极和阳极电流密度减小，这意味着随着腐蚀的进行抑制了阴极和阳极的反应过程。15 CCT之后，腐蚀电位，阴极和阳极电流密度几乎不变，表明样品表面锈层电化学性质达到稳定状态。对于#2和#3模拟环境如图5b和c所示，可以看出，从1 CCT至5 CCT带锈电极腐蚀电位正移，阳极电流密度增加，阴极电流密度减小。然而，5 CCT之后，带锈电极腐蚀电位基本稳定，阴极和阳极电流密度逐渐减小，这意味着随着腐蚀的进行抑制了阴极和阳极的反应过程。

钢铁的大气腐蚀属于薄液膜下的电化学腐蚀，即钢铁表面在干/湿交替变化的大气环境中长久地经历在薄液膜下的阳极溶解、Fe2+水解、氧化、Fe(OH)3胶体颗粒形成、凝聚与沉降、FeOOH的相变与参与阴极还原、以及干燥过程中Fe3O4的化学氧化等一系列过程[24]。

图6 3种高湿热海岸大气中带锈电极的极化电阻随腐蚀周期变化的曲线 Fig.6 Polarization resistance of t Q235 steel in three simulated hot-humid coastal atmospheres as a function of the CCT number

2.4 腐蚀演化过程讨论

图6为对图5进行线性拟合得到的极化电阻随腐蚀周期变化的曲线。腐蚀电流密度Icorr可以从Stern-Geary公式中获得[25]，如式(5)所示。其中，Rp为极化电阻，从-10～+10 mV(相对于开路电位)的极化曲线线性拟合得到的，B为常数。因而，腐蚀电流密度与极化电阻呈反比。从图6中可以看出，在这三种模拟环境中，从1 CCT至5 CCT时，电极的极化电阻均略微减小；从5 CCT至30 CCT时，电阻均增大。这意味着3种高湿热模拟环境中低碳钢的腐蚀速率从1 CCT至5 CCT时增大，从5 CCT至30 CCT时减小。此外，从图6中还可以发现，在整个腐蚀过程中，从#1至#3低碳钢样品的极化电阻逐渐减小，说明高湿热海岸大气环境中低碳钢样品的腐蚀速率随着Cl-浓度的升高而增加，这与图3所示的腐蚀动力学演化规律一致。

在高湿热海岸大气环境中，低碳钢的腐蚀过程如方程式(6)～(10)所示。高湿热海岸大气环境中低碳钢的腐蚀过程可分为初期、中期、后期三个阶段。在初期阶段，Cl-可透过腐蚀产物层到达锈层/钢基体界面，从而加速钢基体的腐蚀。同时γ-FeOOH的还原反应也会加速钢基体的腐蚀。因此，初期阶段的腐蚀速率最高。随着腐蚀过程继续进行，锈层不断增厚，Cl-和O2穿透锈层到达钢基体的能力逐渐减弱，这就导致了腐蚀速率在后期阶段迅速降低。

3 结论

(1)高湿热海岸大气环境中低碳钢的腐蚀演化过程中，初期阶段腐蚀速率最大，中期阶段腐蚀速率较为平稳，而后期阶段的腐蚀速率则迅速减小。

(2)低碳钢的腐蚀速率随高湿热海岸大气模拟环境中Cl-浓度的增加而增大。

(3)高湿热海岸大气环境会促进Fe3O4的生成，但Fe3O4的含量会随着Cl-浓度的升高而降低。

应用翻转课堂实施高中电磁学教学时，为获得预期的教学效果，教师应注意以下问题：其一，做好充分的准备，针对某个知识点制作教学短视频，知识点讲解透彻，视频时间控制得当.其二，根据学生回答预留问题的情况，对学生的自主学习效果进行评估，找到学生学习中的不足，有针对性的安排课堂教学工作.其三，在课堂上与学生积极互动，及时解答学生疑惑，通过提问引导学生对所学知识有个更深层次的理解，使学生做到灵活应用.

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