高溫條件對(duì)金屬材料電化學(xué)腐蝕行為的影響研究

張正彪

（昭通學(xué)院，云南 昭通 657000）

金屬材料根據(jù)所包含的金屬元素種類(lèi)不同，可分為純金屬材料、合金金屬材料、金屬材料金屬間化合物以及特殊金屬材料四種，由于金屬材料具有良好的力學(xué)性能、化學(xué)性能等金屬特性，其中化學(xué)性能包括耐酸性、耐堿性、耐氧化性、耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中，隨著金屬材料生產(chǎn)工藝水平不斷提高，以及對(duì)金屬材料耐久性能要求不斷提高，在金屬材料生產(chǎn)和使用中，金屬材料的耐腐蝕性能越來(lái)越受到重視，試圖通過(guò)不斷的優(yōu)化金屬材料的生產(chǎn)工藝來(lái)提高金屬材料的耐腐蝕性能，所以對(duì)金屬材料電化學(xué)腐蝕行為研究是非常必要的，因此提出高溫條件對(duì)金屬材料電化學(xué)腐蝕行為的影響研究，為優(yōu)化金屬材料生產(chǎn)工藝，以及提高金屬材料耐腐蝕性能提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料為某大型金屬材料生產(chǎn)企業(yè)提供，所有金屬材料均為熱軋?jiān)嚇?，金屬材料生產(chǎn)工藝采取的是ACG（氬氧脫碳）精煉工藝。經(jīng)檢測(cè)金屬材料主要金屬元素成分如表1所示。

從表可以看出，所選的金屬材料中碳元素、硫0元素以及磷元素等有害金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于國(guó)標(biāo)規(guī)定（wt≤0.075%）的最低要求，并且金屬材料試樣夾雜物較少，不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于金屬材料的腐蝕介質(zhì)選擇碳酸鈉溶液，對(duì)碳酸鈉溶液要用分析純?cè)噭┖透呒內(nèi)シ肿铀M(jìn)行配置，所有實(shí)驗(yàn)環(huán)境均在溫室下進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：美國(guó)FD公司生產(chǎn)的LK502恒電流儀；英國(guó)RT公司生產(chǎn)的PKJ恒電位儀；工作電極、參比電極以及輔助電極三電極體系裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

首先將金屬材料試樣進(jìn)行常規(guī)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，采用工作電極、參比電極以及輔助電極三電極體系裝置，如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，工作電極和輔助電極均是相對(duì)于參比電極，且工作電極為Pt片。實(shí)驗(yàn)中分別在10℃常規(guī)溫度與100℃超高溫度條件下，將金屬材料試樣放在碳酸鈉腐蝕溶液中進(jìn)行腐蝕，利用KUG006電位掃描儀由低頻向高頻進(jìn)行電位掃描，腐蝕電位-時(shí)間曲線測(cè)試時(shí)間為1000s，頻率范圍設(shè)定在120kHz～180 kHz區(qū)間內(nèi)，儀器的激勵(lì)信號(hào)幅值設(shè)定為15mV正弦交流信號(hào)，此外電位區(qū)間設(shè)定在-0.9V-+0.9V，掃描速度為25mV/s，由陽(yáng)極電極到陰極電極進(jìn)行電位掃描。將掃描得到的數(shù)據(jù)利用DLP軟件進(jìn)行擬合，然后根據(jù)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果提出相應(yīng)的等效電路圖，用于記錄金屬材料電化學(xué)腐蝕電位隨時(shí)間的變化。

表1 金屬材料的化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wt%）

表2 常規(guī)溫度和高溫條件下金屬材料的電化學(xué)腐蝕參數(shù)表

當(dāng)在腐蝕電位下，金屬材料在碳酸鈉溶液中浸泡時(shí)間達(dá)到45min后獲得金屬材料腐蝕產(chǎn)物膜，運(yùn)用掃描電化學(xué)顯微鏡對(duì)金屬材料腐蝕產(chǎn)物膜進(jìn)行測(cè)量，采用三電極體系，探針電極為Pt盤(pán)位電極，光斑直徑大小為45μm，化學(xué)元素深度分布采用能量為0.65keV的Ar離子對(duì)金屬材料腐蝕產(chǎn)物膜進(jìn)行轟擊，電流為1.5mA，最后利用KJYH4.65軟件進(jìn)行峰值擬合，用于分析金屬材料電化學(xué)腐蝕行為特征，所有金屬材料的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要至少重復(fù)三次，以此保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在常規(guī)溫度和高溫兩種溫度條件下，金屬材料都有明顯的電化學(xué)腐蝕行為，下圖為金屬材料在常規(guī)溫度和高溫條件下腐蝕電位-時(shí)間曲線圖。

圖1 金屬材料在常規(guī)溫度和高溫條件下腐蝕電位-時(shí)間曲線圖

從上圖可以看出，在常規(guī)溫度下金屬材料在碳酸鈉腐蝕介質(zhì)中浸泡時(shí)間為250s以后，腐蝕電位基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，金屬材料的腐蝕電位變化幅度不高；而在高溫條件下，金屬材料在碳酸鈉腐蝕介質(zhì)中腐蝕電位起初下降較快，大約在450s后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，這說(shuō)明高溫條件會(huì)降低金屬材料電化學(xué)腐蝕行為的穩(wěn)定性，并且會(huì)加快金屬材料的電化學(xué)腐蝕行為速度。下表為常規(guī)溫度和高溫條件下金屬材料的電化學(xué)腐蝕參數(shù)表。

上圖所表示為不用溫度條件下，金屬材料在腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)阻抗譜特征。從上表可以看出，溫度提高后，金屬材料無(wú)論是致密層電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于疏松層電阻，這說(shuō)明高溫條件下金屬材料致密內(nèi)層的腐蝕特性在鈍化膜的耐蝕性能影響機(jī)制中起到主導(dǎo)作用，也說(shuō)明隨著溫度的提高，金屬材料的鈍化膜厚度有所增加。

3 結(jié)果討論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)研究與分析發(fā)現(xiàn)，高溫條件對(duì)金屬材料電化學(xué)腐蝕行為確實(shí)具有較大的影響，金屬材料電化學(xué)測(cè)量結(jié)果表明，高溫條件會(huì)影響到金屬材料電化學(xué)腐蝕行為穩(wěn)定性，不僅會(huì)加快金屬材料電化學(xué)腐蝕進(jìn)程，還會(huì)加深金屬材料電化學(xué)腐蝕深度。而從金屬材料電化學(xué)腐蝕參數(shù)中可以看出，溫度的升高，會(huì)擴(kuò)大金屬材料鈍化區(qū)域范圍，并且增強(qiáng)金屬材料的鈍化現(xiàn)象，腐蝕電流密度與腐蝕電位也高于常規(guī)溫度，腐蝕電位與腐蝕電流密度代表的是金屬材料的腐蝕速度和腐蝕程度，這說(shuō)明溫度越高，金屬材料腐蝕傾向越大，腐蝕速度越快，腐蝕程度越深。從金屬材料的鈍化角度分析，金屬材料進(jìn)入鈍化狀態(tài)的電位大小可以看出，常規(guī)溫度下金屬材料的致鈍電流低于高溫環(huán)境，說(shuō)明高溫條件會(huì)加快金屬材料更早進(jìn)入鈍化區(qū)，并且鈍化狀態(tài)的穩(wěn)定性較好，以此實(shí)現(xiàn)了高溫條件對(duì)金屬材料電化學(xué)腐蝕行為的影響研究。

4 結(jié)語(yǔ)

此次對(duì)高溫條件對(duì)金屬材料電化學(xué)腐蝕行為的影響進(jìn)行了研究，對(duì)金屬材料腐蝕性能進(jìn)一步提高具有重要的理論意義，同時(shí)對(duì)金屬材料精煉工藝的優(yōu)化和完善也同樣具有重要的參考依據(jù)。由于此次研究時(shí)間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但實(shí)驗(yàn)條件僅設(shè)置了常規(guī)溫度與高溫溫度兩種，并且選取的腐蝕介質(zhì)僅有碳酸鈉酸性介質(zhì)一種，研究?jī)?nèi)容還存在一些不足之處，今后還需在該方面進(jìn)行深入研究，為金屬材料電化學(xué)腐蝕行為研究提供理論依據(jù)。