在发电厂环境中铜腐蚀行为的探究

《Materials Today Communications》：Investigation of Copper Corrosion Behavior Subjected to Power Plants’ Atmosphere

本研究通过气象数据、重量损失测量及微观分析，评估了伊朗8个发电厂环境中铜的第一年腐蚀行为，发现风速和氯离子浓度对腐蚀速率影响显著，ISO 9223标准预测值与实测数据存在偏差，腐蚀产物形成双层结构（内层Cu?O、外层Cl?或SO?化合物），低风速高降雨环境（如Rasht-PP）因污染物冲刷导致腐蚀率低于预测值。

　　在伊朗的八个火力发电厂中，研究人员对铜在第一年的大气腐蚀行为进行了系统分析，以填补工业大气环境下铜降解的现有研究空白。这一研究通过结合气象数据和多种分析方法，评估了铜的腐蚀特性，并对ISO 9223标准在预测铜腐蚀速率方面的有效性进行了验证。研究发现，铜的腐蚀速率不仅受到空气污染物和湿度的影响，还与风速、氯离子浓度等因素密切相关，这表明在实际工业环境中，腐蚀过程比传统标准所预测的更为复杂。

铜因其在通信、电子和电力等行业中的广泛应用而受到重视，它通常表现出良好的抗大气腐蚀能力。然而，在高污染的工业或海洋环境中，这种耐腐蚀性会显著下降，进而影响其物理和机械性能。研究指出，铜在正常条件下每年仅腐蚀几微米，但在某些污染严重的海洋地区，腐蚀速率可能超过325微米/年。这一现象不仅说明了环境因素对铜腐蚀的显著影响，也突显了对铜材料在工业应用中进行精确评估的重要性。

大气腐蚀的主要影响因素包括空气中的污染物（如二氧化硫、氯化物、硝酸盐和二氧化碳）、降雨、相对湿度、灰尘、紫外线辐射、臭氧以及风速和风向。研究发现，风在腐蚀过程中扮演了关键角色，它不仅影响了腐蚀产物的沉积，还通过携带腐蚀性离子和颗粒物加速了金属表面的侵蚀。例如，研究中提到的Lowshan发电厂，其风速高达5.44米/秒，是所有测试地点中最高的，这导致了该地点的铜腐蚀速率显著增加，达到3.98微米/年。同时，氯离子在铜腐蚀中表现出比二氧化硫更强的影响，即使在高度污染的发电厂中，氯离子的浓度仍然对腐蚀速率有决定性作用。

在对腐蚀产物的分析中，研究发现大多数铜试片形成了双层结构，其中内层主要由氧化铜（Cu?O）组成，而外层则富含氯化物或硫酸盐，这取决于发电厂的地理位置。例如，位于海岸线附近的发电厂，其外层主要由氯化物构成，而内陆发电厂则更倾向于形成硫酸盐层。这种双层结构的存在表明，铜在大气环境中的腐蚀过程具有复杂性，且腐蚀产物的性质会随环境条件的变化而变化。

研究还发现，铜的腐蚀速率与预测模型之间存在弱相关性。这表明现有的ISO 9223标准可能不足以准确反映实际环境中的腐蚀情况，特别是在考虑风速和降雨等关键因素时。研究中提到的Rasht发电厂，虽然被预测为具有较高的腐蚀速率，但其实际测量值却较低，这可能是由于降雨的“清洗效应”减少了腐蚀性物质的沉积，从而降低了腐蚀速率。

此外，研究通过实验方法，如重量损失测量、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和X射线衍射（XRD）技术，对铜的腐蚀特性进行了详细评估。实验结果显示，铜的腐蚀速率随暴露时间的变化呈现出不同的趋势，其中某些发电厂的腐蚀速率在暴露初期迅速下降，随后逐渐趋于稳定。这种变化与腐蚀产物的形成和积累密切相关，尤其是在风速较高或氯离子浓度较高的环境中，腐蚀产物的形成更为迅速且结构更为复杂。

通过这些研究方法，研究人员还发现了不同发电厂环境中铜的腐蚀产物成分差异。例如，在高氯离子浓度的沿海地区，铜的外层腐蚀产物主要由氯化物组成，而在高二氧化硫浓度的内陆地区，硫酸盐则更为显著。这种差异进一步说明了环境因素对铜腐蚀过程的深刻影响，并为不同环境下的腐蚀防护提供了科学依据。

在讨论部分，研究指出，铜的腐蚀过程不仅受到单一因素的影响，而是多种环境因素相互作用的结果。风速和风向在腐蚀过程中起到了决定性作用，特别是在促进腐蚀性物质的沉积和扩散方面。同时，降雨虽然能够减少腐蚀性物质的积累，但其对腐蚀速率的影响并非总是负面的，因为雨水可能在某些情况下促进电化学反应的发生。研究还强调了氯离子和二氧化硫在腐蚀过程中的协同作用，它们的共同存在会显著增加腐蚀性。

综上所述，本研究揭示了伊朗八个火力发电厂中铜的大气腐蚀行为，指出风速、氯离子浓度等环境因素在实际腐蚀过程中具有决定性作用。这些发现不仅有助于理解铜在工业环境中的腐蚀机制，也为未来的腐蚀防护措施提供了重要参考。此外，研究还建议，未来的工作应进一步探索风速和降雨等环境因素对腐蚀过程的影响，并考虑开发更精确的预测模型，以更好地评估和控制铜在工业环境中的腐蚀行为。