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摘 要

本文研究青铜在模拟海水中浸泡的腐蚀特征，通过光学显微镜和原子力显微镜观察不同浸泡时间下青铜试片的表面腐蚀形貌，并通过电化学测试得到电化学阻抗谱、极化曲线，以分析青铜试样的耐腐蚀性、腐蚀产物的特征，探索青铜在模拟海水中的腐蚀机制。

不同浸泡时间下青铜表面的腐蚀形貌明显不同，浸泡时间越长，青铜试片表面腐蚀越严重。电化学测试极化曲线得出，随着浸泡时间延长，且电极自腐蚀电位，先增大后减小，自腐蚀电流逐渐减小，腐蚀速率减小，青铜电极腐蚀越严重。从EIS得出，青铜电极的电荷转移电阻随浸泡时间增大，双电层电容先增大后减小，青铜表面产生腐蚀产物膜，在浸泡七天时表面膜较为致密，双电层电容下降，在一定程度上阻碍了侵蚀物质的传输，抑制了青铜的腐蚀。

关键词：模拟海水 电化学阻抗谱 极化曲线 表面形貌

Corrosion characteristics of bronze in seawater environment

Abstract

The corrosion characteristics of bronze immersed in simulated seawater were studied in this paper. The surface corrosion morphology of the bronze test piece under different immersion time is observed by optical microscope and atomic force microscope. The corrosion mechanism of bronze in simulated seawater was explored by analyzing the characteristics of corrosion resistance and corrosion products of bronze samples.

With the different soaking time, the corrosion morphology of bronze surface is obviously different. The longer the soaking time, the more serious the surface corrosion. According to the polarization curve of electrochemical test, with the extension of soaking time and electrode self-corrosion potential, it first increases and then decreases, the self-corrosion current gradually decreases, and the corrosion rate decreases, and the corrosion of bronze electrode becomes more serious. According to EIS, the charge transfer resistance of the bronze electrode increases with the increase of soaking time, and the double-layer capacitance first increases and then decreases. Corrosion product films are formed on the surface of bronze. In the process of soaking for seven days, the surface film was relatively dense and the double-layer capacitance was reduced, which to some extent hindered the transmission of corrosive substances and inhibited the corrosion of bronze.

Keywords: Simulated seawater；Electrochemical impedance spectroscopy；polarization curve；surface topography

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究进展 1

1.2.1影响青铜腐蚀的因素 1

1.2.2青铜腐蚀机理 2

1.2.3青铜腐蚀的研究方法 3

1.2.4青铜防护措施 4

1.3本文研究内容及意义 5

第二章 实验方法 6

2.1实验材料 6

2.1.1实验试剂 6

2.1.2实验仪器及设备 6

2.1.3试样制备 6

2.1.4研究方法 7

2.2电化学测试 7

2.3表面形貌测试 8

2.3.1光学显微镜 8

2.3.2原子力显微镜 8

第三章 结果与讨论 9

3.1表面腐蚀产物及形貌分析 9

3.1.1光学显微镜 9

3.1.2原子力显微镜 10

3.2电化学实验结果与讨论 13

3.2.1电化学阻抗谱 13

3.2.2极化曲线 15

第四章 结论与展望 17

4.1结论 17

4.2展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 引言

1.1研究背景

青铜是古代冶炼史上最早的合金，传承1500多年，是人类智慧的结晶，也是当时时代的缩影，用于打造青铜器，军事，日常生活等。与纯铜相比，其强度高、熔点低且化学性质稳定，有着良好的铸造性能，抗磨性与抗腐蚀性，刻有铭文的青铜文物，真实反映了当时的生活现状，具有极高的艺术价值、科学价值和人文价值，是研究人类历史、文化、金属冶炼等发展的重要依据^[1,2]。就青铜文物的使用规模、工艺水平，造诣而言，在世界传统文化中占有较高的地位。由于外界环境的影响和自身结构缺陷，青铜器出土后出现了不同程度的锈蚀^[3]，文物自身材质特性和所处环境条件直接影响其腐蚀的速度, 且腐蚀的产生与环境因素之间存在一定的协同效应，加速文物的损坏，造成“二次破坏”^[3]，因而留存下来青铜文物的数量也日益减少。

青铜表面生成的腐蚀物成分较多，主要分为无害锈和有害锈^[4]，其中无害锈指：在自然环境中，锈蚀物不侵蚀青铜本体，有害锈则是青铜病粉状锈，对此腐蚀现象，不少学者作出相应的研究^[4,5]。 调研发现, 在自然环境下青铜文物受酸雨的腐蚀极为严重，酸雨不仅仅对青铜文物、建筑造成影响，对自然生态系统及人体也造成直接或间接影响。在酸雨的影响下，青铜表面形成了腐蚀产物, 导致青铜的结构及形貌受到破坏，洛伦佐·吉贝尔蒂的天堂之门（1425年至1452年，佛罗伦萨的浸礼会教堂）是一个著名的例子，它暴露在室外的大气层中，金/青铜界面腐蚀产物的增长导致了金层的起泡和破裂^[6]。青铜文物的腐蚀不仅受酸雨的影响，研究发现，浸泡在海水环境中的青铜腐蚀同样严重，泥沙及海水浓度对青铜表面造成破坏，在海水附近的碳钢建筑受到严重的腐蚀。

所以, 深入研究浸泡在海水中青铜的腐蚀特征，通过对腐蚀形貌的观察、腐蚀产物的表征以及电化学的研究，探索青铜在海水中的腐蚀机理具有重要意义。

1.2国内外研究进展

1.2.1影响青铜腐蚀的因素

影响青铜腐蚀的因素有许多，如：环境、湿度、温度、青铜的自身组分和性质等，其中，环境对青铜的腐蚀中，酸雨的影响最为显著，所谓酸雨，是指ph小于5.6的沉降物，主要有硫酸和硝酸两种^[7]，但是空气中没有单独存在的二氧化硫和二氧化碳，所以酸雨的形成与人类活动密切相关。

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