在NaCl溶液中硅酸鈉對碳鋼腐蝕行為的影響

席艷君

(中原工學(xué)院， 鄭州 450007)

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在NaCl溶液中硅酸鈉對碳鋼腐蝕行為的影響

席艷君

(中原工學(xué)院， 鄭州 450007)

摘要：在NaCl溶液中添加不同量的硅酸鈉，研究在該溶液中硅酸鈉對碳鋼腐蝕行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著硅酸鈉含量的升高，碳鋼腐蝕速度逐漸降低；當(dāng)硅酸鈉含量增加到一定濃度時(shí)，碳鋼腐蝕速度又呈現(xiàn)增加的趨勢。

關(guān)鍵詞：硅酸鈉；碳鋼；腐蝕

Q235因含碳適中，綜合性能較好，廣泛應(yīng)用于建筑和工程結(jié)構(gòu)中，但耐蝕性差大大限制了其應(yīng)用。對此，人們利用不同的方法對其加以改善[1]。緩蝕劑是少量加入到腐蝕介質(zhì)中便能顯著減緩或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，也叫腐蝕抑制劑。緩蝕劑防護(hù)金屬的優(yōu)點(diǎn)在于用量少、見效快、成本較低、使用方便，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、冶金、能源等行業(yè)。王奎濤等研究了硅酸鈉對Q235鋼在過氧乙酸中的腐蝕行為[2]；蘇小紅等研究了硅酸鈉對5083鋁合金點(diǎn)蝕性能的影響[3]，王成等對鋁合金在添加硅酸鈉的溶液中的腐蝕行為進(jìn)行了研究[4]。研究結(jié)果均表明，硅酸鈉具有良好的緩蝕效果。本文以常用的Q235為實(shí)驗(yàn)材料，研究在NaCl溶液中硅酸鈉對碳鋼腐蝕行為的影響，這有助于對碳鋼腐蝕環(huán)境進(jìn)行深層次探討,為防護(hù)方案提供新的思路和依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)

將截取的Q235鋼進(jìn)行打磨和超聲波清洗。配置NaCl溶液(3.5%)，添加不同含量的硅酸鈉(1%、5%、10%)。

電化學(xué)腐蝕測試：將碳鋼浸泡在不同硅酸鈉含量的NaCl溶液中，記錄電位隨時(shí)間變化的情況，直到電位基本穩(wěn)定，保存電位隨時(shí)間變化曲線。將極化范圍調(diào)到相對開路電位±0.2 V，設(shè)置掃描速度0.2 mv/s，測定陰陽極極化曲線。對腐蝕表面進(jìn)行顯微照相。

2結(jié)果與分析

碳鋼在3種不同硅酸鈉含量的NaCl溶液中的自腐蝕曲線如圖1所示。從自腐蝕曲線可看出，隨著時(shí)間的變化，碳鋼在浸泡初期電極電位正移較大。電極電位是試樣和溶液界面雙電層兩側(cè)的電位差。自腐蝕曲線上的電位變化是形成穩(wěn)定雙電層的過程體現(xiàn)，所以，最初電極電位隨時(shí)間變化較大，之后逐漸趨于穩(wěn)定，曲線整體趨于平緩。在1%硅酸鈉的NaCl溶液中試樣自腐蝕電位大約為-0.40 V，在5%硅酸納的NaCl溶液中試樣自腐蝕電位在-0.26 V左右，即隨著硅酸鈉含量的升高，碳鋼在NaCl溶液中的腐蝕傾向性逐漸減弱。當(dāng)硅酸鈉的濃度達(dá)到10%時(shí)，材料在NaCl溶液中的自腐蝕電位大約為-0.44 V，這個(gè)穩(wěn)定電位比1% 和5% 條件下的自腐蝕電位都要低。這表明，當(dāng)硅酸鈉達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，隨著其含量的增加，材料的腐蝕傾向性不是減弱，而是增加。

圖1　碳鋼在不同硅酸鈉含量的NaCl溶液中的自腐蝕曲線

圖2是碳鋼在不同硅酸納含量的NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。在動(dòng)電位極化曲線中，硅酸鈉含量為10%時(shí)，材料的腐蝕電位最低，硅酸鈉含量為5%時(shí)，材料的腐蝕電位最高，這個(gè)規(guī)律和自腐蝕電位的測試結(jié)果正好吻合。在動(dòng)電位極化曲線中，陽極極化曲線是陽極溶解的過程體現(xiàn)。從圖2能夠看出，在相同的極化電位下，硅酸鈉含量為10%的溶液中，材料的腐蝕電流最大，其次為含1%硅酸鈉的溶液，腐蝕電流最小的是硅酸鈉含量為5%的溶液。這個(gè)結(jié)果也和自腐蝕電位的測試結(jié)果相吻合。特別需要說明的是，在含1%硅酸鈉的NaCl溶液中，當(dāng)極化電位達(dá)到-0.25 V左右時(shí)，陽極溶解電流呈現(xiàn)快速增加的趨勢，幾乎以水平線形式快速增加。說明硅酸鈉的含量低，在極化范圍很小時(shí)，可以起到一定的緩蝕作用。但是，極化范圍增大后，減緩腐蝕的作用會(huì)很快消失。

圖2　碳鋼在不同硅酸鈉含量的NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線

圖3是碳鋼在不同硅酸鈉含量的NaCl溶液中的金相顯微照片。從圖3(a)可看出，碳鋼在含1%硅酸鈉的NaCl溶液中腐蝕比較嚴(yán)重，腐蝕范圍廣，腐蝕坑不僅大而且非常密集。從圖3(b)可看出，碳鋼在該溶液中的腐蝕明顯，腐蝕坑細(xì)小，與含1%硅酸鈉的NaCl溶液實(shí)驗(yàn)相比，腐蝕程度較輕。由圖3(c)可以看出，碳鋼在該溶液中的腐蝕程度較重，腐蝕面積較大，腐蝕坑很深且分散。與含5%硅酸鈉的NaCl溶液相比腐蝕程度明顯加重。

(a) 1%硅酸鈉

(b) 5%硅酸鈉

(c) 10%硅酸鈉圖3　碳鋼在不同硅酸鈉含量的NaCl溶液中腐蝕后的金相照片

硅酸鈉在水溶液中以負(fù)電荷離子及負(fù)電荷膠體離子的形式存在，由于靜電吸附效應(yīng)，形成不溶性的硅酸鐵保護(hù)膜，作為鐵表面的保護(hù)層，可同時(shí)抑制碳鋼的陰陽極反應(yīng)[1]。當(dāng)添加低濃度的硅酸鈉后，緩蝕效率隨著濃度的增大而提高。所以，當(dāng)硅酸鈉含量從1%增大到5%時(shí)，在自腐蝕曲線上表現(xiàn)出電位上升，微觀形貌上顯示腐蝕坑變淺，腐蝕坑數(shù)量減少，腐蝕速率逐漸降低。而當(dāng)緩蝕劑增加到一定值后，保護(hù)層不隨硅酸鈉的增加而增加，因此，當(dāng)硅酸鈉含量達(dá)到10%時(shí)，緩蝕效果消失，材料的腐蝕速度增加，微觀形貌上腐蝕坑加深。

3結(jié)語

研究碳鋼在添加1%、5%、10%硅酸鈉的NaCl溶液中的電化學(xué)腐蝕行為，對自腐蝕曲線、動(dòng)電位極化曲線、腐蝕形貌進(jìn)行分析，結(jié)果表明：隨著硅酸鈉含量的增加，碳鋼的腐蝕程度逐漸減弱；當(dāng)硅酸鈉含量達(dá)到一定濃度后，腐蝕速度逐漸增加。

參考文獻(xiàn):

[1]席艷君，劉泳俊.電沉積Fe-Ni-Cr鍍層的腐蝕性能研究[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，18(5)：17-19.

[2]王奎濤，孟慶來，翟朋達(dá)，等. 過氧乙酸中硅酸鈉對Q235鋼的緩蝕影響[J]. 表面技術(shù)，2015,44(12):122-126.

[3]蘇小紅，孔小東，陳德斌. 硅酸鈉對5083鋁合金點(diǎn)蝕性能的影響研究[J]. 腐蝕研究，2010，24(10)：40-43.

[4]王成，江峰，張波，等. 硅酸鈉對鋁合金的緩蝕作用及對腐蝕疲勞壽命的影響[J].腐蝕與防護(hù)，2000，21(10)：435-439.

(責(zé)任編輯：姜海芹)

Effect of Sodium Silicate on the Corrosion Behavior of Carbon Steel in the NaCl Solution

XI Yan-jun

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

Abstract:Effect of sodium silicate on the corrosion behavior of carbon in the NaCl solution is studied. The results show that the corrosion rate of carbon steel in NaCl solution is slower with increasing the concentration of sodium silicate within a certain concentration range. When the concentration of sodium silicate approaches a certain value, the corrosion rate of carbon steel is increased in the NaCl solution.

Key words:sodium silicate; carbon steel; corrosion

中圖分類號(hào)：O469

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2016.01.013

文章編號(hào)：1671-6906(2016)01-0055-02

作者簡介：席艷君(1974-)，女，山西臨汾人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)椴牧细g與防護(hù)。

收稿日期：2016-01-05