縫隙腐蝕的電化學噪聲特征及機理研究.pdf

1、縫隙腐蝕是一類廣泛發(fā)生并對金屬材料產(chǎn)生巨大危害的局部腐蝕。幾乎所有的金屬都能夠發(fā)生縫隙腐蝕，幾乎任何腐蝕性介質(zhì)都能造成金屬材料的縫隙腐蝕。因此，很早就對縫隙腐蝕的機理進行了研究。目前對于縫隙腐蝕的機理還缺乏足夠深入的理解。電化學噪聲技術(shù)作為一種原位無損的測試技術(shù)，在測試過程中對被測體系無須施加任何可能改變腐蝕電極過程的外界擾動，能夠反映材料腐蝕的真實情況，既能夠用于實驗室研究縫隙腐蝕的機理又能夠作為監(jiān)測手段運用于現(xiàn)場監(jiān)測。因此，運用電化

2、學噪聲并結(jié)合其他手段研究不同金屬在不同介質(zhì)中的縫隙腐蝕行為，對深入了解縫隙腐蝕機理，進而發(fā)展對縫隙腐蝕的發(fā)生發(fā)展過程的實時監(jiān)測技術(shù)具有重要的理論與現(xiàn)實意義。
　　 本研究選擇三種典型的腐蝕體系，即碳鋼（Q235）/NaHCO3 （0.5M）-NaCl （0.1M）溶液，不銹鋼（13Cr）/3.5％ NaCl 溶液和碳鋼（X52）/CO2 飽和的Hac（600mg/L）-NaCl （0.1M）溶液，包含了堿性（Ph=8.3），近中

3、性（Ph=6.7）和酸性（Ph=3.4）腐蝕介質(zhì)以及鈍化體系和活性溶解體系。通過電化學噪聲、動電位掃描和電化學阻抗，并結(jié)合掃描電鏡（SEM）等微觀分析方法，研究了縫隙腐蝕行為及其機理。主要研究結(jié)果如下：Q235碳鋼在NaHCO3-NaCl 溶液中的縫隙腐蝕行為可以分為3個階段：孕育期、轉(zhuǎn)化期和穩(wěn)定發(fā)展期。隨著縫外縫內(nèi)電極面積比r的增大，縫隙腐蝕孕育期延長。但是當r 較?。╮ 為1和10）時，在縫隙腐蝕發(fā)生后，縫隙外電極表面處于活性溶解狀

4、態(tài)，導致偶合電位顯著負移，縫隙內(nèi)外電位差很小，縫隙內(nèi)電極腐蝕速度也相對較??；當r 很大（r=160）時，在縫隙腐蝕發(fā)生后，縫隙外的電極表面仍處于一種鈍化狀態(tài)，偶合電位負移較小，縫隙內(nèi)外電位差大，最終將導致嚴重的縫隙腐蝕。13Cr 不銹鋼在NaCl 溶液中的縫隙腐蝕行為可以分為3個階段：孕育期、快速發(fā)展期和穩(wěn)定發(fā)展期。R 值越大，孕育期時間越長，但是一旦孕育期結(jié)束，縫隙腐蝕將以更大的速度發(fā)展?？p隙寬度（a）越大，則縫內(nèi)溶液越多閉塞效應(yīng)越弱

5、，酸化效應(yīng)越慢，因而腐蝕速率比小a 值時更小?？p隙腐蝕開始于縫隙底部，并逐步向其他區(qū)域發(fā)展。當縫內(nèi)Ph 值較低，電位較低時，氫離子能夠在電極上未腐蝕的區(qū)域上還原，縫內(nèi)有氫氣析出，長時間偶合后可見縫口處有明顯的腐蝕產(chǎn)物堆積。在上述兩種鈍化體系的縫隙腐蝕電化學噪聲研究中，主成分分析/分層聚類分析（PCA/HACA）能夠自動且準確地區(qū)分金屬發(fā)生縫隙腐蝕的三個階段，聚類結(jié)果同電化學噪聲時域譜分析結(jié)果相一致。X52 碳鋼在飽和CO2的NaCl-H

6、ac 溶液中的縫隙腐蝕電化學噪聲時域譜沒有明顯的階段性?？p內(nèi)會發(fā)生氯離子富集及Ph 上升，隨著a 值的減小，這種變化更加明顯。當縫內(nèi)外電極未偶合時，縫內(nèi)電極的陰極過程被顯著抑制而陽極過程被略微促進，這導致了腐蝕電位負移而腐蝕速率較小。當縫內(nèi)外電極偶合之后，隨著腐蝕的進行，由于傳質(zhì)過程的困難導致了縫內(nèi)化學環(huán)境的變化（堿化和氯離子富集），于是縫內(nèi)電極自腐蝕電位負移而縫外電極自腐蝕電位正移，形成了偶合效應(yīng)。此時縫內(nèi)電極作為陽極其腐蝕速率增大，