縫隙腐蝕的電化學(xué)噪聲特征及機(jī)理研究.pdf

1、縫隙腐蝕是一類(lèi)廣泛發(fā)生并對(duì)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(duì)縫隙腐蝕的機(jī)理進(jìn)行了研究。目前對(duì)于縫隙腐蝕的機(jī)理還缺乏足夠深入的理解。電化學(xué)噪聲技術(shù)作為一種原位無(wú)損的測(cè)試技術(shù)，在測(cè)試過(guò)程中對(duì)被測(cè)體系無(wú)須施加任何可能改變腐蝕電極過(guò)程的外界擾動(dòng)，能夠反映材料腐蝕的真實(shí)情況，既能夠用于實(shí)驗(yàn)室研究縫隙腐蝕的機(jī)理又能夠作為監(jiān)測(cè)手段運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。因此，運(yùn)用電化

2、學(xué)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(duì)深入了解縫隙腐蝕機(jī)理，進(jìn)而發(fā)展對(duì)縫隙腐蝕的發(fā)生發(fā)展過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)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(guò)電化學(xué)噪聲、動(dòng)電位掃描和電化學(xué)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(jī)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(gè)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(zhǎng)。但是當(dāng)r 較?。╮ 為1和10）時(shí)，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(dǎo)致偶合電位顯著負(fù)移，縫隙內(nèi)外電位差很小，縫隙內(nèi)電極腐蝕速度也相對(duì)較小；當(dāng)r 很大（r=160）時(shí)，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(fù)移較小，縫隙內(nèi)外電位差大，最終將導(dǎo)致嚴(yán)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(gè)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(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)更小。縫隙腐蝕開(kāi)始于縫隙底部，并逐步向其他區(qū)域發(fā)展。當(dāng)縫內(nèi)Ph 值較低，電位較低時(shí)，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(zhǎng)時(shí)間偶合后可見(jiàn)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(xué)噪聲研究中，主成分分析/分層聚類(lèi)分析（PCA/HACA）能夠自動(dòng)且準(zhǔn)確地區(qū)分金屬發(fā)生縫隙腐蝕的三個(gè)階段，聚類(lèi)結(jié)果同電化學(xué)噪聲時(shí)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(xué)噪聲時(shí)域譜沒(méi)有明顯的階段性。縫內(nèi)會(huì)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(dāng)縫內(nèi)外電極未偶合時(shí)，縫內(nèi)電極的陰極過(guò)程被顯著抑制而陽(yáng)極過(guò)程被略微促進(jìn)，這導(dǎo)致了腐蝕電位負(fù)移而腐蝕速率較小。當(dāng)縫內(nèi)外電極偶合之后，隨著腐蝕的進(jìn)行，由于傳質(zhì)過(guò)程的困難導(dǎo)致了縫內(nèi)化學(xué)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(fù)移而縫外電極自腐蝕電位正移，形成了偶合效應(yīng)。此時(shí)縫內(nèi)電極作為陽(yáng)極其腐蝕速率增大，