碳鋼作為一種經(jīng)濟(jì)、綜合性能良好的結(jié)構(gòu)材料而被廣泛使用，關(guān)于其在大氣環(huán)境中的腐蝕行為已進(jìn)行了許多研究[1~10]。Oh等[7]研究了6種鋼材料在海洋、農(nóng)村和工業(yè)大氣環(huán)境中曝曬16 a的腐蝕行為。梁彩鳳和侯文泰[8]在我國(guó)7個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)17種鋼進(jìn)行了為期16 a的自然腐蝕實(shí)驗(yàn)，涵蓋了工業(yè)、海洋、濕熱等多種典型環(huán)境。Lan等[9]在越南南部的4個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)碳鋼進(jìn)行了3 a的自然腐蝕研究。Casta$\tilde{\mathrm{n}}$o等[10]對(duì)碳鋼在Colombia的6個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)暴露14個(gè)月期間的腐蝕行為進(jìn)行了分析。沿海地區(qū)因其地理位置優(yōu)勢(shì)往往成為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，但是隨著工業(yè)的興起，地區(qū)大氣環(huán)境逐漸由海洋環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｑ蠊I(yè)環(huán)境。因此，碳鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕行為是重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。Asami和Kikuchi[11]研究了碳鋼和耐候鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中腐蝕17 a的產(chǎn)物成分，發(fā)現(xiàn)有γ-FeOOH、β-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4，并進(jìn)一步分析了各種成分在銹層中的分布情況。本課題組[12]研究了碳鋼Q235和低合金鋼P(yáng)265GH在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中曝曬2 a的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)腐蝕前期SO2起關(guān)鍵作用，隨著腐蝕的進(jìn)行Cl-的作用更加突出。但是目前的研究更多地關(guān)注碳鋼在中長(zhǎng)期的時(shí)間段內(nèi)的腐蝕行為，而較少涉及在短時(shí)間周期內(nèi)的腐蝕行為。

材料在短時(shí)間周期中產(chǎn)生的腐蝕相對(duì)較輕，產(chǎn)物較少，可以較清晰地觀察腐蝕發(fā)生及演變的過程，進(jìn)而了解相關(guān)反應(yīng)機(jī)理及其對(duì)后續(xù)中長(zhǎng)期行為的影響。Allam等[13]研究了碳鋼在波斯灣地區(qū)環(huán)境中10 h到12個(gè)月時(shí)間段內(nèi)的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)Cl-和SO42-在各腐蝕階段中所起的作用存在明顯差異，產(chǎn)物層的增厚對(duì)各離子所參與的反應(yīng)也有不同的影響。Han等[14]研究了碳鋼在自然工業(yè)環(huán)境及室內(nèi)模擬環(huán)境中的初期腐蝕行為，均在材料表面觀察到明顯的絲狀腐蝕，而且自然環(huán)境中的腐蝕形貌更加多樣化。因此，通過詳細(xì)描述及分析碳鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的初期腐蝕行為，可以更好地觀察材料與環(huán)境的相互作用，并進(jìn)一步理解相關(guān)的腐蝕機(jī)制。

本工作通過短期自然曝曬實(shí)驗(yàn)獲得碳鋼在紅沿河地區(qū)的海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的初期腐蝕數(shù)據(jù)?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，討論了碳鋼在該環(huán)境下的相關(guān)腐蝕機(jī)理，包括腐蝕動(dòng)力學(xué)、腐蝕產(chǎn)物的演化和銹層的電化學(xué)行為，揭示了碳鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的初期腐蝕行為。

實(shí)驗(yàn)所用材料為Q235，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：C 0.20，Si 0.05，Mn 0.05，P 0.013，S 0.008，Cr 0.03，Ni<0.01，Cu<0.01，F(xiàn)e余量。每個(gè)實(shí)驗(yàn)周期設(shè)置4個(gè)平行試樣，尺寸為100 mm×50 mm×2.7 mm，其中3個(gè)用于失重分析，1個(gè)用于形貌分析。試樣經(jīng)機(jī)加工到表面粗糙度(Ra)為0.8，然后使用丙酮除油、酒精沖洗并吹干后放于干燥器中24 h，然后進(jìn)行稱重以備用。

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于紅沿河核電站的氣象站，月平均溫度為23.4 ℃，月平均相對(duì)濕度(RH)為73.1%；Cl-沉降量為0.037 mg/(100 cm2·d)，按照ISO 9223-2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行腐蝕等級(jí)分類為S1級(jí)；SO2沉降量為0.279 mg/(100 cm2·d)，腐蝕等級(jí)為P2級(jí)。試樣朝正南方向放置，與地面成45°夾角，距離正南方向的海岸約1000 m，距離正西方向的海岸約1500 m。實(shí)驗(yàn)周期分別為10、20、30、60和120 d。

失重試樣取回后，使用參考ISO 8407-2009標(biāo)準(zhǔn)(500 mL HCl (38%濃鹽酸)+500 mL蒸餾水+20 g六次甲基四胺)配制的除銹液去除腐蝕產(chǎn)物，然后使用酒精沖洗，干燥24 h后稱重。

使用配備Aztec X-Max 50能譜儀(EDS)的Quanta 450掃描電鏡(SEM)進(jìn)行微觀形貌觀察，觀察前對(duì)樣品進(jìn)行噴碳以增強(qiáng)導(dǎo)電性，因此EDS結(jié)果中不標(biāo)注C峰。采用Rigaku-D/Max-2500PC X射線衍射分析儀(XRD)進(jìn)行物相分析，參數(shù)為50 kV、250 mA，掃描范圍為10°~90°，掃描速率為2°/min。使用Agilent Cary630 FTIP進(jìn)行紅外光譜分析，測(cè)試采用KBr壓片法，銹粉和KBr的質(zhì)量混合比例為1∶100，波數(shù)范圍為4000~400 cm-1，掃描次數(shù)為128，分辨率為4 cm-1。

使用Parstat 2273/Advanced Electrochemical System進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，采用三電極體系。參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為Pt片，工作電極為待測(cè)試樣品，電解質(zhì)為0.1 mol/L Na2SO4溶液。動(dòng)電位極化測(cè)量的掃描速率為0.333 mV/s。阻抗譜(EIS)測(cè)量的激勵(lì)信號(hào)選擇振幅為10 mV的正弦波，頻率范圍是10 mHz~100 kHz。樣品在開始上述測(cè)量之前先在溶液中浸泡約20 min以使開路電位的波動(dòng)低于1 mV/min。

碳鋼的腐蝕動(dòng)力學(xué)結(jié)果通過腐蝕量和腐蝕速率進(jìn)行描述，其中腐蝕量選擇由失重?cái)?shù)據(jù)利用式(1)轉(zhuǎn)換成的年厚度損失進(jìn)行表達(dá)，這樣可以更直觀地描述材料的腐蝕程度，腐蝕速率通過式(2)計(jì)算得到：

式中，D為厚度，μm；Wt為試樣的失重，g；ρ為材料的密度，7.86 g/cm3；A為試樣的表面積，cm2；Va為腐蝕速率，μm/a；t為時(shí)間，d；下角標(biāo)n為實(shí)驗(yàn)周期，其值可取1、2、3、4、5。

圖1是碳鋼的厚度損失及腐蝕速率隨時(shí)間的變化規(guī)律。可以觀察到腐蝕失厚與時(shí)間基本呈線性變化規(guī)律，D=$\mathrm{0.11}?-\mathrm{0.53}$，擬合優(yōu)度R2約為0.99。

碳鋼的腐蝕動(dòng)力學(xué)結(jié)果沒有表現(xiàn)出像中長(zhǎng)期那樣隨時(shí)間逐漸減弱的趨勢(shì)[5,15]，說明該階段內(nèi)發(fā)生的腐蝕比較嚴(yán)重，腐蝕反應(yīng)發(fā)生得較快。碳鋼的腐蝕速率隨著時(shí)間表現(xiàn)為上下波動(dòng)，這是由于該時(shí)間段內(nèi)腐蝕產(chǎn)物覆蓋不完全或很薄，當(dāng)溫度、濕度、風(fēng)向等氣象因素變化時(shí)，碳鋼的腐蝕速率會(huì)受到明顯的影響。圖2是以周為單位采集的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的溫度和相對(duì)濕度信息。雖然高溫度和高濕度均會(huì)加快碳鋼的腐蝕速率，但是2者的變化往往是相反的，進(jìn)而導(dǎo)致干濕交替周期的變化。風(fēng)向和風(fēng)速在短時(shí)間內(nèi)會(huì)改變污染物的沉積量，進(jìn)而影響材料的腐蝕行為。

碳鋼在紅沿河大氣環(huán)境中發(fā)生腐蝕后的表面顏色隨著時(shí)間有明顯的變化，由早期的淺黃色經(jīng)歷棕色而變?yōu)榧t棕色(圖3)，這說明銹層的成分或各成分的相對(duì)含量在逐漸地改變[16]。圖4是碳鋼試樣表面的微觀形貌?？梢钥吹诫S著腐蝕的進(jìn)行，產(chǎn)物層覆蓋越來越完全，表面形態(tài)也在發(fā)生變化。

碳鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中自然曝曬早期的表面上隨機(jī)地分布著腐蝕微區(qū)，而較大部分仍然是材料基體。腐蝕區(qū)域中可以明顯觀察到2類微觀形貌：圓形花狀腐蝕和不規(guī)則局部腐蝕(圖5a)，后者腐蝕程度相對(duì)較輕且總是凸起開裂。圓形花狀腐蝕又有3種不同的形貌：一種是環(huán)形(圖5b)，中心區(qū)域?yàn)槠教咕鶆虻某步Y(jié)構(gòu)，其周圍是非均勻的環(huán)形巢區(qū)域，最外環(huán)是表面有裂紋的較緊密結(jié)構(gòu)，而且最外邊緣與材料基體之間有明顯的裂縫；一種是蘑菇形(圖5c)，由中心延伸出若干條裂紋直到最外側(cè)邊緣，大部分區(qū)域?yàn)楸容^均勻的巢結(jié)構(gòu)，緊靠中心有小部分似乎是正在變?yōu)槌步Y(jié)構(gòu)，外側(cè)是表面有紋路的緊密結(jié)構(gòu)，最外邊緣與基體之間也有明顯的裂縫；一種是沒有明顯特征(圖5d)，有一些巢結(jié)構(gòu)，但還混合著尺度不一的物質(zhì)，呈現(xiàn)一種不均勻狀態(tài)。環(huán)形和蘑菇形微區(qū)中的巢結(jié)構(gòu)的EDS結(jié)果均只含有Fe和O元素。第三種的無規(guī)則微區(qū)的EDS測(cè)試發(fā)現(xiàn)了明顯含量的S和Cl元素(圖5e)，者參與腐蝕反應(yīng)的機(jī)制存在差別，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的物質(zhì)也不同，因此呈現(xiàn)出所觀察到的不均勻性[13]。這種不均勻性無法為基體提供一致的保護(hù)作用，各部分之間的不連續(xù)反而有利于腐蝕進(jìn)程的擴(kuò)展，可以認(rèn)為是2種元素在腐蝕反應(yīng)中體現(xiàn)的一種協(xié)同作用，與文獻(xiàn)[17]中觀察到的結(jié)果相似。

環(huán)形微區(qū)和蘑菇形微區(qū)均可以認(rèn)為是點(diǎn)蝕類型，最外側(cè)與基體之間的裂縫說明已產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物在累積到一定程度時(shí)易脫落，進(jìn)而再次暴露出易腐蝕的材料基體；腐蝕產(chǎn)物脫落后的微區(qū)相比于周圍的平面基體更易聚集液滴和污染物，進(jìn)而可以發(fā)生更嚴(yán)重的腐蝕，體現(xiàn)為腐蝕在局部區(qū)域的優(yōu)先擴(kuò)展，即局部腐蝕特性。環(huán)形微區(qū)應(yīng)該是由中間有顆粒物的液滴腐蝕擴(kuò)展生成，這種情況下的腐蝕反應(yīng)最先在顆粒周圍發(fā)生，因此此處的腐蝕產(chǎn)物含量較多，形態(tài)也最接近于比較穩(wěn)定的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)；中間部分待顆粒物脫落后吸濕，發(fā)生比較均勻的腐蝕。蘑菇形微區(qū)應(yīng)該是由液滴腐蝕擴(kuò)展形成的，液滴中的鹽成分經(jīng)干濕交替不斷地濃縮和吸濕，形成均勻的巢結(jié)構(gòu)形態(tài)，但是由于物理環(huán)境的差異腐蝕產(chǎn)物無法維持統(tǒng)一體而產(chǎn)生裂紋，最外側(cè)的殼結(jié)構(gòu)可能是由于最初的干燥過程比較迅速而只生成比較簡(jiǎn)單的氧化物。

碳鋼在環(huán)境中曝曬60 d后，表面基本全部覆蓋了腐蝕產(chǎn)物。腐蝕產(chǎn)物層上除了較平整的區(qū)域外，還可以觀察到較多的巢結(jié)構(gòu)區(qū)(圖6a)。平整區(qū)的部分表面上可以觀察到較多的棉花球狀的腐蝕產(chǎn)物，為α-FeOOH (圖6b)；巢結(jié)構(gòu)區(qū)可以觀察到2種明顯的類型：針片狀和棒狀(圖6c和d)，前者對(duì)應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物為γ-FeOOH，后者為β-FeOOH[5,18,19]。針片狀形貌區(qū)的EDS結(jié)果中含有Fe、O、S元素，這說明含S污染物在材料表面的沉積有利于該種巢結(jié)構(gòu)形貌的生成，與Weissenrieder等[20]觀察到的一致。棒狀區(qū)的EDS結(jié)果中含有Fe、O、S和Cl 4種元素，相比于針片狀形貌區(qū)Cl的含量增高了許多，這與Cl-濃度高于一定值才能有利于β-FeOOH生成的相關(guān)研究結(jié)果[21]吻合。

碳鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中曝曬不同時(shí)間后的截面形貌如圖7所示。可以觀察到，早期階段由于腐蝕發(fā)生的隨機(jī)性，銹層是非連續(xù)的，腐蝕產(chǎn)物較厚的位置對(duì)應(yīng)著早期發(fā)生的局部腐蝕區(qū)域，腐蝕產(chǎn)物較薄的位置對(duì)應(yīng)著后續(xù)新發(fā)生的腐蝕區(qū)域(圖7a~c)。碳鋼在腐蝕60 d后基本沒有暴露的基體，但是此時(shí)銹層的均勻性較差(圖7d)。腐蝕120 d時(shí)的銹層的均勻性有所改善，因?yàn)橄雀g區(qū)隨著產(chǎn)物的堆積，氧的擴(kuò)散變得越來越困難，而后腐蝕區(qū)的物質(zhì)傳輸?shù)淖璧K較小，反應(yīng)較快，逐漸減小了各部分間的厚度差異(圖7e)。銹層厚度雖然在不斷地增大，但是其中出現(xiàn)了明顯的裂紋?？拷牧匣w會(huì)有一定厚度的結(jié)合比較緊密的銹層，裂紋往往出現(xiàn)在該類銹層和遠(yuǎn)離基體的銹層之間，這些位置處也是基體材料表面起伏的地方。這說明先后發(fā)生腐蝕的區(qū)域的銹層在相互結(jié)合時(shí)存在較大困難，無法組成連續(xù)性較好的統(tǒng)一銹層。這也是碳鋼在該環(huán)境中的初期階段中腐蝕較快的一個(gè)原因。

本課題組[22]進(jìn)行的碳鋼在室內(nèi)模擬海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的初期腐蝕研究中發(fā)現(xiàn)，該階段內(nèi)銹層的保護(hù)性弱，沒有在銹層上觀察到明顯的巢結(jié)構(gòu)。碳鋼在自然環(huán)境中經(jīng)歷的干濕交替的時(shí)間周期長(zhǎng)，各階段中的反應(yīng)可以充分進(jìn)行，因此產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)類別很清晰。銹層表面存在很多有利于反應(yīng)物質(zhì)傳輸?shù)某步Y(jié)構(gòu)，裂紋多存在于銹層厚度方向的中間部位。碳鋼在室內(nèi)模擬環(huán)境中的干濕交替過程受實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)條件所限而時(shí)間有限，腐蝕反應(yīng)進(jìn)行不充分，銹層表面形貌單一，銹層與基體之間有較多裂紋。這2種情況可能使碳鋼在室內(nèi)模擬環(huán)境中呈現(xiàn)與在自然環(huán)境中相似的腐蝕特性現(xiàn)象，即該模擬環(huán)境被認(rèn)為能夠有效地對(duì)材料在實(shí)際環(huán)境中的腐蝕行為進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是其中的原因有較大差別。因此，結(jié)果現(xiàn)象的一致性還不能充分說明方法的有效性，真實(shí)環(huán)境的對(duì)照實(shí)驗(yàn)仍然很有開展的必要。

材料的腐蝕行為變化和腐蝕產(chǎn)物的成分及銹層的演化有密切關(guān)系。碳鋼在大氣環(huán)境中形成的腐蝕產(chǎn)物的成分常見有：γ-FeOOH、β-FeOOH、α-FeOOH、δ-FeOOH和Fe3O4等，產(chǎn)物的種類及相對(duì)含量會(huì)因環(huán)境等差異而明顯不同[23]。圖8是從碳鋼樣品表面刮取到的腐蝕產(chǎn)物粉末的XRD譜，圖9是腐蝕產(chǎn)物的含量隨著時(shí)間變化的半定量分析。可以看到碳鋼腐蝕10 d的產(chǎn)物中的主要成分為γ-FeOOH和α-FeOOH，20 d時(shí)的產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了一定含量的Fe3O4。γ-FeOOH的含量隨著時(shí)間有減小的趨勢(shì)，而α-FeOOH的變化相反，F(xiàn)e3O4的含量相對(duì)穩(wěn)定。這說明γ-FeOOH不斷地生成、積累到一定程度時(shí)，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為α-FeOOH或Fe3O4，與文獻(xiàn)[24]中所描述的一致。但是，這種轉(zhuǎn)變過程會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。Yamashita等[25]研究了耐候鋼和低合金鋼在暴露26 a時(shí)間段中腐蝕產(chǎn)物層的變化，發(fā)現(xiàn)γ-FeOOH (外層)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍€(wěn)定的α-FeOOH (內(nèi)層)。

XRD分析對(duì)腐蝕產(chǎn)物的相對(duì)含量有一定的要求，當(dāng)某個(gè)物相的含量較低時(shí)，考慮到背景噪聲等誤差，就無法進(jìn)行有效的辨別。紅外光譜作為一種簡(jiǎn)單、效率高的分析方法可以進(jìn)一步鑒別腐蝕產(chǎn)物的成分[16,26]，圖10是相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。紅外光譜測(cè)試結(jié)果中的腐蝕產(chǎn)物主要成分和XRD的一致，但是另外發(fā)現(xiàn)了少量的β-FeOOH。Nishimura等[27]觀察到β-FeOOH由一種綠色產(chǎn)物GRI (green rust I: JCPDS 400127, Fe(OH, Cl)2.55)在干燥階段轉(zhuǎn)化而來，而GRI的數(shù)量取決于Cl-的濃度，因此β-FeOOH存在的區(qū)域?？捎^察到明顯的Cl元素含量(圖6d)，而且β-FeOOH的還原促進(jìn)了反應(yīng)的循環(huán)，提高了腐蝕速率。因此，60 d時(shí)相對(duì)較高含量的β-FeOOH會(huì)在一定程度上增大碳鋼在120 d時(shí)的腐蝕速率。

材料在大氣環(huán)境中發(fā)生的腐蝕主要是電化學(xué)反應(yīng)過程，因此電化學(xué)測(cè)量可以作為一種合理有效的方法來表征相關(guān)過程。動(dòng)電位極化技術(shù)可以定量地研究材料的腐蝕傾向、腐蝕速率、鈍化等過程反應(yīng)特性；交流阻抗技術(shù)通過施加小幅擾動(dòng)，在不影響原有性質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)材料的表面狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而評(píng)價(jià)其在腐蝕反應(yīng)中的變化及作用[28,29]。圖11是各實(shí)驗(yàn)周期的碳鋼試樣在0.1 mol/L Na2SO4溶液中的動(dòng)電位極化曲線。陰極極化部分在各個(gè)時(shí)間周期中均呈現(xiàn)近乎直線的形態(tài)，但是該線段相比于原始試樣要平緩，這說明有腐蝕產(chǎn)物參與了還原反應(yīng)進(jìn)而增大了陰極電流密度[30]。圖8的XRD結(jié)果中已發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中的成分比例在隨著時(shí)間變化，而極化曲線上反映的陰極反應(yīng)沒有明顯變化，這說明發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)主要為某種含量較高且還原性較好的成分。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[27,31]的研究，β-FeOOH、γ-FeOOH、α-FeOOH的還原性依次減弱，XRD中沒有檢測(cè)到β-FeOOH，說明其含量較低，因此參與陰極還原的成分主要為γ-FeOOH。陽(yáng)極極化部分出現(xiàn)類似鈍化的區(qū)域，該區(qū)域的電位范圍隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸擴(kuò)大，其傾斜程度不斷地向縱軸靠攏，到120 d時(shí)基本平行于電位軸。Pan等[32]關(guān)于碳鋼在工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕研究中的極化曲線上也存在類似現(xiàn)象。該區(qū)域的變化可以和碳鋼表面銹層的演化相對(duì)應(yīng)，區(qū)域的擴(kuò)大及傾斜度的變化說明腐蝕產(chǎn)物層覆蓋越來越完全，均勻性也在改善。腐蝕電位變化雖有波動(dòng)，但總體趨勢(shì)是向陽(yáng)極極化方向移動(dòng)，這說明腐蝕反應(yīng)的開始變得更加困難。從極化曲線上計(jì)算得到的腐蝕10、20、30、60和120 d的試樣腐蝕電流密度分別為1.22×10-5、1.59×10-5、1.36×10-5、1.42×10-5和5.94×10-5 A/cm2，其變化趨勢(shì)和腐蝕速率一致。

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)腐蝕產(chǎn)物層的保護(hù)作用，實(shí)驗(yàn)中對(duì)碳鋼腐蝕試樣進(jìn)行了EIS測(cè)量，圖12是相應(yīng)的結(jié)果及數(shù)據(jù)處理?？梢姡哳l區(qū)段較為平緩，電極對(duì)外加激勵(lì)不敏感，低頻區(qū)段有明顯響應(yīng)。使用圖13所示的等效電路對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)的偏離程度(χ2)均小于3×10-4，這說明該等效電路可以較好地模擬實(shí)際銹層的電學(xué)特性。碳鋼腐蝕試樣的SEM像中可以觀察到在早期階段中仍有部分基體暴露，因此在等效電路中使用并聯(lián)的2部分電路與此進(jìn)行對(duì)應(yīng)。帶有擴(kuò)散阻抗的部分電路代表已發(fā)生腐蝕的產(chǎn)物區(qū)域，另一部分電路代表未腐蝕的基體區(qū)域。等效電路中的R1代表溶液電阻，R2代表產(chǎn)物區(qū)反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻，Q代表產(chǎn)物區(qū)的雙電層電容，W代表擴(kuò)散阻抗，R3代表基體區(qū)反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻，C代表基體區(qū)的雙電層電容。圖14是等效電路中各元件的電容和電阻隨時(shí)間的變化?？梢钥吹?，電容和電阻在腐蝕后期均分別呈現(xiàn)減小和增大趨勢(shì)，這說明產(chǎn)物層逐漸增厚而且覆蓋越來越完全；而在腐蝕早期變化波動(dòng)較大，這是因?yàn)榇藭r(shí)未腐蝕區(qū)域所占比例較大，表面很不均勻。雖然反應(yīng)電阻在增大，銹層也在逐漸增多增厚，但腐蝕速率沒有受到明顯的影響；這是由于腐蝕初期未腐蝕區(qū)域不斷發(fā)生反應(yīng)，貢獻(xiàn)較大的腐蝕速率，腐蝕后期產(chǎn)物層的厚度仍較薄，無法有效地起到傳質(zhì)阻礙作用。

(1) 碳鋼在紅沿河海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的初期腐蝕階段中，腐蝕厚度損失隨著時(shí)間近似呈線性變化；腐蝕速率的變化趨勢(shì)不穩(wěn)定，反映了該階段中溫度、濕度等環(huán)境因素對(duì)材料腐蝕行為的明顯影響。

(2) 碳鋼表面的顏色隨著曝曬時(shí)間發(fā)生了由淺黃色到紅棕色的明顯變化；腐蝕產(chǎn)物的成分在早期主要為γ-FeOOH和α-FeOOH，隨后檢測(cè)到了一定含量的Fe3O4；γ-FeOOH的含量隨著時(shí)間有減小的趨勢(shì)，而α-FeOOH的變化相反，F(xiàn)e3O4的含量相對(duì)穩(wěn)定。

(3) 碳鋼試樣在自然環(huán)境中曝曬10 d后，表面可以觀察到明顯的點(diǎn)蝕和不規(guī)則局部腐蝕形貌，點(diǎn)蝕個(gè)體的形貌會(huì)因微環(huán)境的差異而明顯不同；試樣的表面銹層到60 d時(shí)已基本覆蓋整個(gè)表面，但是厚度分布不均勻，銹層上有很多易聚集污染物且利于物質(zhì)運(yùn)輸，從而減弱銹層保護(hù)性的巢結(jié)構(gòu)。

(4) 銹層的截面形貌中觀察到的裂紋多位于厚度方向的中間部位，而且對(duì)應(yīng)著基體的起伏區(qū)。這說明，先、后腐蝕區(qū)域的銹層相互連接困難，無法形成保護(hù)性較好的連續(xù)統(tǒng)一體。