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摘要
金属包装材料其缺点之一就是容易发生腐蚀,其腐蚀机制尚未探明,而金属
包装实罐产品的腐蚀检测也存在困难。本文针对金属包装材料镀锡薄钢板在功能
饮料和氯化钠溶液中的腐蚀实效过程与机制以及金属包装实罐的腐蚀检测而开
展的。
采用电化学阻抗谱技术,结合扫描电镜(SEM)、能量散射 X 射线谱(EDS)、
X 射线光电子能谱(XPS)、扫描探针显微镜(SPM)等表面分析技术,研究了
镀锡薄钢板平板试样在功能饮料和氯化钠溶液中的腐蚀行为并探讨了腐蚀机制。
结果表明,两者腐蚀机制完全不同。在功能饮料中主要是有机酸对镀锡薄钢板的
腐蚀,镀锡薄钢板在功能饮料中浸泡 24 天后其表面的腐蚀产物膜由外层的富锡
层和内层的富铁层组成,XPS 结果表明其成分主要是 Sn(II)/Sn(IV)与柠檬酸阴离
子及 Fe(III)与柠檬酸阴离子组成的化合物;而在氯化钠溶液中主要是对镀锡层缺
陷处暴露的基底金属碳钢的腐蚀,其腐蚀产物主要是γ-FeOOH。
根据涂覆镀锡薄钢板在氯化钠溶液和功能饮料中的 EIS 特征和 EN 特征,利
用低频阻抗模值和噪声电阻值评价了涂覆镀锡薄钢板的耐蚀性能,并探讨了涂覆
镀锡薄钢板在氯化钠溶液和功能饮料中的腐蚀机制。结果表明,其腐蚀过程主要
分为涂层的润湿和涂层下金属的腐蚀两个阶段,而润湿过程通常只有几天。
发展了快速评价涂层失效程度的方法,提出了利用电化学阻抗谱(EIS)中
Bode 图中频区(1—100 Hz)阻抗模值的变化率为切入点,提取特征参数 p 作为
表征涂层失效程度的参数。实验结果表明该方法可以用来快速评价有机涂层的失
效程度而无需建立等效电路模型。
研制了适用于饮料金属包装实罐腐蚀检测的电化学传感器,并对不同实罐进
行了 EIS 和电化学噪声(EN)检测。采用电感耦合离子质谱仪(ICP-MS)技术
检测实罐容器中的金属离子含量,结果表明随着服役期的延长,饮料实罐中的金
属离子 Fe 和 Sn 的含量增加,而 EIS 和 EN 结果表明随着服役期的延长,涂层电
阻、电荷转移电阻、噪声电阻则不断减小,表明腐蚀引发了离子的溢出,ICP-MS
结果与电化学参数具有直接的关联性。研究结果表明,研制的传感器可以用于实
罐耐蚀性能检测,并为评估金属包装产品的货架寿命提供科学依据。
将混沌分析引入了电化学噪声的数据分析之中,并针对 304 不锈钢、316L
不锈钢、涂覆镀锡薄钢板腐蚀过程的电化学电位噪声进行了初步分析。结果表明:
利用电位噪声的关联维数可以判断腐蚀类型,局部腐蚀对应的关联维数较大而钝
化过程对应的关联维数较小。
本文的部分工作是属于国家重点基础研究发展计划项目
()中的部分研究内容。
关键词:镀锡薄钢板;金属包装实罐;电化学传感器;电化学噪声;混沌
ABSTRACT
One disadvantage of metal packaging materials is that it is more likely to be
corroded, but its corrosion mechanism and corrosion detection of metal cans still
troubled the researchers. This paper focus on the deterioration process and corrosion
mechanism of tinplate in functional drink and NaCl solution, the corroson detection of