耐候钢在大气中表现出优秀的耐蚀性,是因为通过腐蚀其表面生成的锈层具有保护性,暴晒时间达到一定程度后,锈层稳定,从而使腐蚀减弱。在碳素钢上,由于锈层也具有一定程度的保护性,如图2-1所示腐蚀速度随时间下降,不久便稳定到某一稳定速度,然而耐候钢腐蚀速度降低的倾向大,稳定的腐蚀速度也小,并且耐候钢在临海地区或工业地区腐蚀速度比较大,在田园地区小,这是因为锈层的保护性不同。
大气中,钢锈层由于成分(化学成分、结晶成分)、电化学反应性以及织构(致密度、基体黏附性、锈层的物理结构)的不同而具有不同的特性。在锈层形成过程中,这些特性的相互关联、因果关系是复杂的。一种特性可能会带来其他特性的结果,两种以上的特性也可能会相互补充。耐候钢的锈层比碳素钢的锈层具有保护作用的根源在于,耐候钢中含有Cu、Cr等有效成分,然而关于保护性好的锈层具有何种形态,具有什么样的功能,那样的锈层是如何形成的,在其过程中有效合金成分是怎样参与的,针对这些问题,人们曾经进行过种种研究。正如下一节以后所叙述的那样,到目前为止虽然已经掌握了相当的知识,可是距根据基本过程组合起来综合地说明它的全貌还有很大差距。
在论述耐候钢的锈层以前,即使对大气中碳素钢锈层特征的描述或者生成过程的解释也十分复杂,以前曾经成为令人感兴趣的研究对象。腐蚀生成的Fe2+离子。是锈的起始物质这一点虽然没有错误,可是生成的水合铁离子受到由水引起的水解作用或水分供给条件下的干燥周期的限制,同时受到环境中的氧引起的氧化作用以及由于条件不同所产生的还原作用成为各种各样的锈。
关于与基体钢分开条件下的锈层变化过程和生成物的种类,在1960年以前已基本完成了生成过程图,并进一步进行了充实和补充。可是1970年,Evans提出了在黏附锈的钢的腐蚀进行过程中,锈层还原形成的阴极反应,有助于基体腐蚀(阳极反应)的进行,被还原的铁锈在大气中加入再被氧化、再被腐蚀的电化学模型,它扩大了大气中钢腐蚀的新视野,同时使生成物的种类或生成过程图更加复杂。
在含有这种锈的氧化还原反应的大气腐蚀的电化学模型上,根据化学反应性的观点,耐候钢的锈层所持有的特性和对耐蚀性的贡献是搞清楚耐候钢耐蚀机理的一个切入点。在以上所述锈的种类、生成过程、电化学反应中,SOx、CI-等环境物质的存在也会参与作用。
关于耐候钢锈层的保护特性的另一个切人点,就是对“致密且黏附性良好”的对环境有良好屏障作用的锈织构的重视。从外观上也能看出,耐候钢的锈比碳素钢的锈具有良好的黏附性,而且继续进行腐蚀锈层的不完全部分(活性点)的数在耐候钢上少,即连续性好,这一点只要看一下降雨后锈层表面显现出来的红褐色新的锈点数就可以知道,如果再采用各种更科学方法,可以进一步搞清楚它的分布状况。
已经知道,这样的锈点与被称为巢(nest)且聚集了SO2-4等基体表面的凹坑位置相对应。如后所述,解释锈层具有好的连续保护性能的最有力的学说是黏附在基体上的锈内层有一种非晶物质。这样耐候钢锈层的织构特征,如果就保护性锈层完成后的状况来说,不言而喻是结论,并且是重要的知识,然而有关它的生成过程、进而对有效合金元素作用的直接解释是更重要的。
关于耐候钢锈层对良好耐候性所具有的重要作用,早在1921年Richardson 就做了如下的阐述:“The “rust effect'is of fargreater importance than the composition of the metal in determiningthe life of a sheet undergoing atmospheric corrosino,although insome unknown way composition in part determins the course of the rust effect'.”70年后的今天,关于他说的“in some unknown way‘’虽然人们已掌握了很多知识,但是重要的是还没有达到known的程度。
耐候钢中含有的有效合金元素,关系到在电化学模型上保护性良好锈层织构的形成,可是,提高耐蚀性被这两个切人点哪一方绝对支配,或者是双方相互补充的结果,尚没有提出有关见解。而且每个切入点都没有说清楚有效合金元素起作用的理由。到目前为止,通过很多人的努力,人们已经获得了关于耐候钢锈层的重要知识。下一节展望它的发展历史。