本工作为国家自然科学基金项目（批准号:59871051）的一部分,也是我所与瑞典皇家工学院国际合作项目的一个子项目。起止年月:1999年1月至2001年12月。本项研究,利用石英晶体微天平（QCM）、双电极大气腐蚀监测电池ACM系统、红外光谱仪（IRAS）、扫描电镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）和X-射线光电子能谱（XPS）等技术,对大气中不断增加的CO₂对金属（Zn、UNS G10190）的腐蚀规律做了系统研究。此外,还应塔里木油田开发的需要,对含CO₂油井产出水和回注污水的腐蚀和结垢倾向进行了现场和实验室仿真模拟研究,分别得到了一些新的研究结果。主要包括如下几个方面:1. Zn在薄液膜下的大气腐蚀动力学通过QCM对薄液膜下的大气腐蚀研究,首次研究阐明了Zn在含CO₂薄液膜下的大气腐蚀动力学方程符合幂函数的变化规律,即腐蚀速率和润湿时间的n次方成正比,V_c=Atⁿ,阐述了方程中各个量的物理意义,同时利用现代物理实验方法（IRAS、XEDS）,研究阐明了金属Zn在含CO₂潮湿大气中的腐蚀产物为碱式碳酸盐。当CO₂浓度较低时,腐蚀产物具有保护性;当CO₂浓度较高时,腐蚀产物是放射状针孔形的疏松产物,不具有保护性。提出了CO₂加速金属大气腐蚀的三种可能的机理。首次用QCM实验确定了Zn的初级腐蚀产物可以继续发生次级反应,发生次级反应的时间约从腐蚀发生后的15小时开始。2.NaCl和CO₂对Zn在薄液膜下腐蚀的协同作用用QCM研究发现:当Zn表面有NaCl沉积时,大气中的CO₂对Zn在薄液膜下的大气腐蚀具有抑制作用,该条件下,Zn的大气腐蚀速率随CO₂浓度的增加而降低,即在NaCl存在下,CO₂对Zn的大气腐蚀具有缓蚀作用。其原因是金属表面的Cl-离子生成了具有保护性的腐蚀产物膜Zn₅（OH）₈Cl₂·H₂O。3.大气中盐粒沉降对Zn腐蚀的影响利用QCM研究得知,Zn表面沉积上电解质后均促进Zn的大气腐蚀,不同电解质对Zn腐蚀的促进程度不同。其中,NaCl对Zn的腐蚀作用最严重,并伴有明显的点蚀;其次是（NH₄）₂SO₄,对Zn在薄液膜下腐蚀影响最小的电解质是Na₂CO₃。4.大气中CO₂对UNS G10190钢大气腐蚀的影响利用电化学的ACM,研究了UNS G10190钢在含CO₂大气中的腐蚀规律,在大于临界相对湿度条件下,UNS G10190钢的大气腐蚀速率随CO₂浓度的增加而增加。CO₂对金属的大气腐蚀具有加速作用。XRD表明其腐蚀产物形貌存在双层结构,即内层结构和外层结构。内层腐蚀产物的保护作用很微弱,外层腐蚀产物无保护性。5.油田注水系统中的CO₂对金属的腐蚀规律通过对塔里木油田高矿化度油井产出水和注水介质中的CO₂对金属腐蚀的规律研究,得出API N80钢的腐蚀速率随CO₂含量的增加而增加,腐蚀速率V_c（mm/a）和CO₂的分压PCO₂（MPa）满足: lgV_c =1.01×lgP_CO2 - 0.41通过研究发现,不论是在大气中还是在液相中,CO₂均对金属的腐蚀具有加速作用。6.轮南油田油水系统的结垢趋势预测轮南油田注水系统有形成碳酸钙垢的可能性,但属于轻微结垢,不会形成硫酸钙垢;如果回注污水中含有Ba²⁺离子或Sr²⁺离子,就有可能产生硫酸钡、锶垢。轮南油田注水系统应加入对CaCO3垢有较高阻垢效率的缓蚀阻垢剂。塔里木油田油气水介质的腐蚀机理和防护对策研究对国内外相似条件下的油田防腐开发具有指导意义和推广价值。其中,高矿化度条件下的CO₂对油套管腐蚀研究达到了国际先进水平。通过近2年的研究,不难得出这样的结论,即大气中CO₂浓度的不断增加不仅产生着温室效应,影响着有生命的世界,而且对金属结构也产生有害的影响。在人类进入21世纪的初始阶段,我们必须控制大气中的有害组分对世界的侵蚀。