锡青铜初期腐蚀行为及影响因素研究
青铜文物是我国青铜时代灿烂文明的象征，由于其合金成分复杂、腐蚀介质多样，导致出土青铜器存在较厚的腐蚀层，人们对其腐蚀机制的研究非常困难。本文采用光学显微镜、扫描电镜、扫描电化学显微镜(Scanning Kelvin Probe 模块)、原子力显微镜(Kelvin Probe Force Microscopy模块)、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、电感耦合等离子体发射光谱等研究了锡青铜在模拟介质中的初期腐蚀行为，探究了锡含量、微观相结构及常见环境因素如腐蚀介质中的阴离子种类(Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-)、酸碱度等对锡青铜初期腐蚀行为的影响，提出了锡青铜初期腐蚀模型,期望对青铜文物的科学保护提供新的思路。 研究发现,锡青铜的初期腐蚀是由于微区电位差及青铜合金元素的选择性腐蚀造成的，但不同的腐蚀介质也会造成腐蚀后的形貌和成分存在较大差异。锡青铜中的游离铅因腐蚀活性较高而优先腐蚀，酸性环境下主要生成颗粒状的PbSO4,并在原位形成蚀坑;中性、碱性环境中，原位生成短棒状的PbCO3及少量片状2PbCO3·Pb(OH)2。 两种锡含量的青铜腐蚀差异是由于微观相结构不同导致的，中性环境下低锡青铜的腐蚀分别发生在α相中心和α相边界，α相边界腐蚀活性较高,优先生成CuCO3及其水合化物，α相中心生成Cu2O、CuCl及SnO2。高锡青铜的腐蚀主要发生在α相，并在α相内形成特殊的环(岛)状腐蚀，环状腐蚀可能是由于锡的偏析造成α固溶体内产生晶格畸变，腐蚀物同样为Cu2O、CuCl及SnO2,结果表明腐蚀过程中优先生成合金成分对应的氧化物，如果腐蚀介质中存在Cl-，能加速铜氧化物的生成并破坏氧化层形成铜氯化物。 腐蚀介质的酸碱度对低锡、高锡青铜的腐蚀行为影响较大。酸性环境下锡青铜的腐蚀更加剧烈，主要发生均匀腐蚀，其腐蚀速率远大于中性和碱性的。碱性环境下锡青铜存在广泛的钝化区，生成的腐蚀产物形貌良好、结构致密，且在热力学上更稳定，对基体有较好的保护效果，后续腐蚀速率降低，而在中性、酸性环境下生成的腐蚀物对基体的保护效果弱，腐蚀持续发生。
锡青铜;腐蚀行为;锡含量;微观相结构;环境因素
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王菊琳
2023
中文
TG171
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）