金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為研究

張正彪

（昭通學(xué)院，云南 昭通 657000）

金屬材料根據(jù)金屬元素含量不同和包含的金屬元素種類不同，可以將金屬材料分為純金屬材料和合金材料兩種。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，金屬材料由于具有良好的建筑性能，被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，金屬材料的耐腐蝕性能成為最受關(guān)注的使用性能。目前對于金屬材料的耐腐蝕性能評價(jià)主要是通過利用化學(xué)浸泡法來實(shí)現(xiàn)，將金屬材料暴露在酸性、堿性、氧化等化學(xué)環(huán)境中，經(jīng)過一定時(shí)間后，再通過對金屬材料表面的腐蝕孔數(shù)量和深度、金屬材料重量損失進(jìn)行計(jì)算，以此來對金屬材料的耐腐蝕性能評價(jià)，這種方法雖然操作簡單，并且成本較低，但是在測試過程中金屬材料容易受到外界因素影響，導(dǎo)致對金屬材料的耐腐蝕性能評價(jià)結(jié)果存在一定誤差[1]。為了更加準(zhǔn)確合理的測試出金屬材料的耐腐蝕性能，經(jīng)過近幾十年的研究，推出了一種電化學(xué)理論，以電化學(xué)作為理論基礎(chǔ)，通過對金屬材料的腐蝕電化學(xué)行為分析，進(jìn)而得到金屬材料的耐腐蝕性能特征，這種方法可以準(zhǔn)確的評估出金屬材料的耐腐蝕性能特征，為此提出金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為研究，對探索金屬材料腐蝕機(jī)理研究具有重要理論意義。

1 金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為研究

此次以純金屬材料和合金金屬材料作為研究材料，以酸性介質(zhì)中的主要成分NaCl作為腐蝕介質(zhì)，通過對純金屬材料與合金材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線繪制，以及純金屬材料與合金材料在酸性介質(zhì)中電化學(xué)阻抗譜分析，最后總結(jié)出金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為。

1.1 金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線分析

金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線，實(shí)際表示的是金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)過程，其是行為研究的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)[2]。此次將純金屬材料和合金金屬材料，分別放在濃度為1.5%、3.5%、5.5%的NaCl溶液中，采用腐蝕電化學(xué)綜合測量儀對其進(jìn)行測試，得到的純金屬材料與合金金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線如圖1圖2所示。

圖1 純金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線圖

圖2 合金金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線圖

從圖1可以看出，純金屬材料在NaCl溶液中大約300s后，電位基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不同濃度的NaCl溶液中純金屬材料的腐蝕電位值為-1.206V、-1.268V、-1.304V，隨著酸性介質(zhì)濃度的增加而發(fā)生負(fù)移；合金金屬材料在NaCl溶液中大約200s后電位就基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不同濃度的NaCl溶液中純金屬材料的腐蝕電位值為-1.156V、-1.238V、-1.326V，同樣隨著酸性介質(zhì)濃度的增加而發(fā)生負(fù)移，這說明無論是純金屬材料還是合金材料，在酸性介質(zhì)中腐蝕程度都會隨著濃度的增加而增加。

1.2 金屬材料在酸性介質(zhì)中電化學(xué)阻抗譜分析

電化學(xué)阻抗譜是分析金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為的核心環(huán)節(jié)，將純金屬材料和合金材料分別放在酸性介質(zhì)中，分析開路條件下金屬材料與和合金材料的電化學(xué)阻抗譜特征，同樣利用腐蝕電化學(xué)綜合測量儀對其進(jìn)行測試，得到純金屬材料與合金金屬材料在不同濃度酸性介質(zhì)中的電化學(xué)阻抗譜如下表所示。

表1 純金屬材料與合金金屬材料在不同濃度酸性介質(zhì)中的電化學(xué)阻抗譜

表2 純金屬材料與合金金屬材料在不同濃度酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)參數(shù)

從表1可以看出，隨著酸性介質(zhì)濃度的增大，純金屬材料的容抗弧逐漸減小，而其容抗弧的大小基本等同于金屬材料在酸性介質(zhì)腐蝕過程中的電荷傳遞電阻，說明純金屬材料基地表面具有活性，就是純金屬材料表面的活性隨著酸性介質(zhì)濃度的增大而增強(qiáng)；而合金材料的容抗弧隨著酸性介質(zhì)濃度的增大成正比，并且合金材料的容抗弧與電荷傳遞電阻相差較大，說明合金材料基地表面活性不會受到酸性介質(zhì)濃度的提高的而變化，通過以上分析可以得知，純金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕速率比合金材料高[3]。經(jīng)過SDinpWin軟件對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出的塔菲爾斜率、腐蝕電位、腐蝕電流密度等腐蝕電化學(xué)參數(shù)如下表所示。

從表2可以看出，隨著酸性介質(zhì)濃度的增加，純金屬材料與合金材料腐蝕電流密度也在逐漸增大，因此金屬材料的耐腐蝕性能降低[4]。純金屬材料的腐蝕電流密度均比在相同條件下合金材料的高，說明金屬材料所包含的金屬元素種類增加后，金屬材料的耐腐蝕性能提高，并隨著極化電位的升高而提高[5]。純金屬材料在酸性介質(zhì)濃度為中性時(shí)出現(xiàn)了鈍化現(xiàn)象，并且鈍化區(qū)域范圍比較寬廣，隨著介質(zhì)濃度的提高，鈍化現(xiàn)象增強(qiáng)，并且導(dǎo)致鈍化現(xiàn)象發(fā)生的腐蝕電流密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酸性介質(zhì)濃度為中性時(shí)的腐蝕電流密度；而合金金屬材料在酸性介質(zhì)濃度較高時(shí)出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，并且隨著酸性介質(zhì)濃度的提高，合金金屬材料鈍化現(xiàn)象消失，這說明金屬材料所包含的金屬元素種類增加后，金屬材料的鈍化膜溶解速度加快。

通過以上對金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電位-時(shí)間曲線分析，以及金屬材料在酸性介質(zhì)中電化學(xué)阻抗譜分析，可以總結(jié)出金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為為：隨著酸性介質(zhì)濃度的提高，金屬材料腐蝕電流密度增加，并且腐蝕速度加快，純金屬材料的腐蝕電流密度均比相同條件下合金材料的大[6]。并且隨著酸性介質(zhì)濃度以及極化電位的升高，金屬材料鈍化加強(qiáng)，以此實(shí)現(xiàn)了對金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為研究。

2 結(jié)語

此次在回顧與總結(jié)該方面國內(nèi)外研究成果基礎(chǔ)上，對金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為進(jìn)行了研究，對金屬材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕性能特征及機(jī)理，具有重要的理論指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值，對金屬材料在酸性介質(zhì)中抗腐蝕措施的采取提供理論依據(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，對于金屬材料的腐蝕電化學(xué)行為研究僅處于表面層面，今后還會對金屬材料在堿性介質(zhì)以及氧化介質(zhì)中的腐蝕電化學(xué)行為進(jìn)行研究。