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在城市大气特别是工业城市大气中，SO2等污染物大大加速了钢的腐蚀破坏，降低其使用寿命。系统地研究钢在工业城市大气中的腐蚀行为，特别是初期腐蚀行为具有重要意义。本论文以碳钢和耐候钢为研究对象，对其在工业城市大气中的腐蚀行为开展一系列的工作，利用扫描电镜、能谱分析、电子探针、X射线衍射、红外光谱及X射线光电子谱等技术手段，系统表征了钢在工业城市大气中的锈层特征，并深入研究了腐蚀过程和机理。主要结论如下：
1、研究碳钢在工业城市大气中的初期腐蚀行为，建立了碳钢的初期腐蚀动力学方程，发现其初期腐蚀失重变化分为三个阶段，各个阶段失重变化差异较大；将环境因子与碳钢腐蚀率进行回归分析，气象因子中的温度、降雨时数、日照时数和污染物因子中的SO2、非水溶性颗粒物是影响碳钢在工业城市大气中初期腐蚀最重要环境因子；通过对不同周期锈层的分析，总结了碳钢在工业城市大气中的初期腐蚀过程：最初的腐蚀产物只有γ-FeOOH，随时间延长，产物中陆续出现Fe3O4和α-FeOOH，当产物中出现α-FeOOH后，腐蚀失重开始放缓，而进入冬季采暖期后，大量的酸性污染物再次加速碳钢腐蚀。通过对183天上下表面和内外锈层各产物相对含量分析，α-FeOOH和Fe3O4在上表面锈层和内锈层中的含量要分别高于下表面锈层和外锈层；而Fe2O3在上表面锈层和内锈层中的含量明显要低于下表面锈层和外锈层。
2、研究不同投放时间对碳钢在工业城市大气腐蚀中的影响，碳钢分别在12个月中的大气腐蚀率差异较大，其中在8月份的碳钢腐蚀率最大，而在排污较重的冬季，由于降雨量少、气温低，使得发生腐蚀的机会相对减少，腐蚀并不严重；通过灰色关联度分析，日照时数、水溶性和非水溶性颗粒物的沉降量及相对湿度对碳钢月腐蚀的影响较大，而对碳钢的长期腐蚀过程影响比较显著的温度和SO2对碳钢月腐蚀的影响较小，碳钢在四季的腐蚀形貌差别明显，虽然产物基本相同，均为γ-FeOOH和Fe3O4，但产物的相对含量差别较大，试样表面未检出硫、氮等其它外来元素。
3、通过碳钢和耐候钢在沈阳工业城市污染大气和长白山地区无污染大气中的户外0.5-4年试验发现，两种材料的腐蚀率均在一年后达到极大值，对锈层表面和截面的元素分析表明：在污染大气中，随时间延长，硫元素在锈层中明显富集；铬元素在耐候钢锈层与基体界面上出现富集；而在无污染大气中，耐候钢锈层与基体界面并没有类似的现象，铬元素对于耐候钢形成保护性锈层起到重要的作用；在无污染大气中，两种钢的腐蚀产物均为γ-FeOOH和Fe3O4：在污染大气中，两种钢的腐蚀产物为γ-FeOOH、α-FeOOH及少量的硫酸盐，大气中的污染物促进α-FeOOH的形成。在无污染大气中，耐候钢锈层稳定化时间长，不能在短时间形成均匀有效的保护性锈层，而在污染大气中，大气中酸性污染物加速耐候钢锈层的稳定化，耐候钢的耐蚀性得到充分体现。
4、利用模拟污染大气腐蚀系统研究碳钢在不同浓度SO2气氛中的腐蚀行为。发现碳钢在不同浓度SO2中腐蚀动力学变化趋势是不同的，SO2浓度较低时，腐蚀率随时间延长缓慢增加；而当SO2浓度较高时，腐蚀率随时间延长而降低。SO2浓度较低时，锈层中只含有带有结晶水的硫酸盐，随SO2浓度升高，产物中逐渐出现亚硫酸盐、γ-FeOOH和无定形的δ-FeOOH，提高SO2浓度对碳钢锈层中硫含量的影响不大，但对其氧化物的形成具有促进作用。碳钢在0.05％SO2气氛中12小时形成“锈巢”，其中“锈巢”内外元素差别很大。