（环境科学专业论文）火电厂中水中氨氮对循环冷却系统腐蚀的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 研究了中水回用于火力发电厂作循环冷却水时，水中氨氮组分对循环冷却系统 腐蚀的影响。采用a 3 钢和3 0 4 不锈钢作为实验试样，通过失重法和动电位连续扫 描法对a 3 钢试样和3 0 4 钢试样分别在以下四个条件进行腐蚀试验：( 1 ) 2 7 0 m g 几 氨氮溶液；( 2 ) 3 0 4 5 氨氮溶液；( 3 ) p h 值7 o 9 0 氨氮溶液；( 4 ) 添加2 2 0 m g l m k 3 0 0 缓蚀阻垢剂的氨氮溶液。结果表明，a 3 钢试样和3 0 4 钢试样的腐蚀速度随 氨氮溶液浓度增加和溶液温度升高逐渐增大、随氨氮溶液p h 值升高逐渐减小、随 缓蚀剂浓度增加先迅速减小，后略有上升；腐蚀电位随上述条件变化也发生变化。 关键词：火电厂，中水，氨氮，a 3 钢，3 0 4 不锈钢 a b s t r a c t s t u d i e dt h ei n f l u e n c eo fa m m o n i an i t r o g e ni nr e c l a i m e dw a t e fo nt h ec o r r o s i o no f c i r c u l a t i n gc o o l i n gs y s t e mw h e nr e c l a i m e dw a t e rw 嬲r e u s e d 弱c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r i nf o s s i l 向e lp o w e rp l a i l t s t h et e s ts 锄p l ea r ea 3s t e e la n d3 0 4s t a j n l e s ss t e e l n v 0 纽e t h o d sa 托a d o p t e d ，o n ei sw e i g h tl o s sm e t h o d ，t h eo 也e fi sp o t e n t i o d y n a m i cc o n t i n u o u s s c 锄i n gm e t h o d t h ee x p e r i m e n t a jc o n d i t i o n si n c l u d e ，( 1 ) 2 7 0 m la m m o n i ai l i t r o g e n s o l u t i o n ，( 2 ) 3 0 4 5 a m m o n i ai l i t r o g e ns o l u t i o n ，( 3 ) p h 7 0 p h 9 oa m m o n i ai l i t r o g e n s o l u t i o n ( 4 ) i n c l u d i n g2 2 0 m lm k 一3 0 0c o 玎o s i o n 觚ds c a l ei n h i b i t o r 雒衄o n i a n i t r o g e ns o l u t i o n t h ee x p e r i m e n to u t c o m e si n d i c a t et h a tc o r r 0 ，s i o ns p e e do fa 3s a m p l e 觚d 0 4s 锄p l ei n c r e 鼬ea l o n gw i t 王lt h ei n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e ns o i u t i o n 粕dt h er i s eo ft h et e m p e r a t u r eo fa m m o l l i an i t r o g e ns o l u t i o n ，觚dd e c r e a s ea l o n g 、i t ht h e r i s eo fp hv a l u eo f 猢o n i an i 呐g e ns o l u t i o n ，a n da t 矗r s td e c r e a s er a p i d l ya l o n gw i t h t h ei n c r e 邪eo fc o r r o s i o na n ds c a l ei 1 1 l l i b i t o rc o n c e n t r a t i o na n dt h e ni n c r e 懿e s l i g h t l y t 1 c o r r o s i o np o t e n t i a la l s oc h 锄g ea l o n gw i t l lt h e s ec o n d i t i o n s c h e n gl i g u o ( e n v i r o 啪e n t a ls c i e n c e ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h e n g h a n k e y w o r d s ：f o s s i lf u e lp o w e rp i a n t ， 心c l a i m e dw a t e r ，a m m o n i an i t r o g e n， a 3s t e e i ，3 0 4s t a i n l e s ss t e e i 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 不锈钢管 白铜管 黄 铜管。不锈钢管也有较好的耐腐蚀性能，但传热效果较差。近年来使用城市中水作 循环水的火力发电厂，为解决中水带来的腐蚀问题，使用不锈钢管的趋势有所增加。 城市二级出水中的氨氮浓度一般为1 0 2 嘶g 凡或更高，远超过天然水源。若 直接回用于冷却水系统，当浓缩倍率为2 时，冷却水中的氨氮浓度将会高达2 0 4 0 m g l ，有时甚至更高，显然大大超过冷却水标准( 氨氮浓度 h g l ) ，从而导致凝 汽器管材发生严重的氨氮腐蚀。据统计，国外大型电厂锅炉的腐蚀损坏事故中，大 约有3 0 是由于凝汽器管材的腐蚀损坏引起的，在我国这个比例还高一些。 因此，本文将通过失重法和电化学方法，测量氨氮在不同条件下对a 3 钢和3 0 4 不锈钢腐蚀的影响，计算各个情况下a 3 钢和3 0 4 不锈钢的腐蚀速度与腐蚀电流密 度，并与添加缓蚀剂后的腐蚀情况进行比较。 华北电力大学硕士学位论文 2 2 实验方案 本实验拟采用重量法中的失重法和电化学方法中的极化曲线法来研究回用中 水对a 3 钢和3 0 4 不锈钢的腐蚀。电化学测量采用三电极体系，参比电极为饱和甘 汞电极，辅助电极为铂电极，工作电极为a 3 钢和3 0 4 不锈钢。试验所用的溶液是 用硝酸铵进行配制来模拟中水中的氨氮。其中失重法是采用静态溶液浸泡，按浸泡 前后失重进行计算；极化曲线法是将工作电极浸入测试溶液，进行动电位扫描以确 定阳极极化曲线。根据测得的极化曲线确定腐蚀电位和腐蚀电流，通过上述试验结 果分析氨氮对a 3 钢和3 0 4 不锈钢腐蚀的影响。 2 3 重量法 由于腐蚀作用，材料的重量会发生系统变化，此即重量法测定材料抗蚀能力的 理论基础。虽然近年来发展了许多新的腐蚀研究方法，但重量法仍然是最基本的定 量评定腐蚀的方法，并得到广泛应用。重量法简单而直观，适用于实验室和现场试 验，它分为增重法和失重法两种。 2 3 1 增重法 当腐蚀产物牢固地附着在试样上，又几乎不溶于溶液，也不为外部物质所玷污， 这时可用增重法测定腐蚀破坏程度。增重法适用于评定全面腐蚀和晶间腐蚀，而不 适用于其它类型的局部腐蚀。 增重法试验过程为：将预先制备的试样量尺寸、称重后置于腐蚀介质中，试验 结束后( 连同已脱落的腐蚀产物) 取出，烘干，再称重。全部增重表征着材料的腐蚀 程度。在增重法中，一个试样通常在腐蚀一时间曲线上只提供一个数据点。当腐蚀 产物确实是牢固地附着于试样表面，且具有恒定的组分时，就能在同一试样上连续 或周期性地测量增重，因而适合于研究腐蚀速度随时间变化的规律。 增重法的一个严重缺点是数据的间接性，即得到的数护包括腐蚀产物的重量， 究竟多少材料被腐蚀，还需分析腐蚀产物的化学组成来换算。有时腐蚀产物的相组 成相当复杂，精确的分析往往具有一定困难。同时多价金属( 如铁、铜等) 可能会生 成几种化学组成不同的腐蚀产物，换算比较困难。这些都限制了增重法的应用范围。 2 3 2 失重法 失重法是一种简单而直接的方法。它不要求腐蚀产物牢固附着在材料表面，也 不考虑腐蚀产物的可溶性，因为试验结束后必须从试样上清除全部腐蚀产物。失重 法直接表示由于腐蚀而损失的材料重量，不需经过腐蚀产物的化学组成分析和换 1 2 华北电力大学硕士学位论文 算，这些优点使失重法得到了广泛的应用。 。 失重法试验过程为；将预先制备的试样量尺寸、称重后置于腐蚀介质中，试验 结束后取出，清除全部腐蚀产物后清洗、干燥、再称重。试样的失重直接表征材料 的腐蚀程度。 2 3 3 重量法测定结果评定 重量法是根据试样在腐蚀前后的重量变化来测定腐蚀速度的。为了使各次不同 试验及不同试样的数据能够互相比较，必须采用单位时间内单位面积上的重量变化 为表示单位，即平均腐蚀速度，如g ，( m 2 h ) 。从腐蚀试验前后的试样重量差计算腐 蚀速度v ( 酌n 2 h ) ，公式如下： 增重速度 k = 警 ( 2 _ 1 ) 失重速度配：掣 ( 2 2 ) 式中s 一试样面积，m 2 ； t 一试验周期，h ； m o 一试样原始重量，g ； m l 、m 2 一试验后的重量，g ； 金属的腐蚀速度在腐蚀过程中并非恒速地进行，也就是说，其瞬时腐蚀速度可 能发生各种变化。因此，重量法计算的只是平均腐蚀速度，不适用于测定瞬时腐蚀 速度。此外，重量法测定的腐蚀速度通常只适用于均匀腐蚀的类型。 由于各种金属材料的密度不同，即使是均匀腐蚀，这种腐蚀速度单位并不能表 征腐蚀的损耗深度。为此可采用腐蚀的深度指标，它是把金属的厚度因腐蚀而减小 的量换算成相当于单位时间内腐蚀掉的厚度。该指标常用腐蚀的失质指标与该金属 的密度比值表示。单位时间内的平均腐蚀深度( 腐蚀速率，如瑚妇) ，换算公式为【4 3 】： k = 告警一s 7 6 告p l u u u p 式中v t 一按深度计的腐蚀速率，m 州a ； v 一按重量计的腐蚀速度，g ( m 2 h ) ； p 一金属材料的密度，g c m 3 。 ( 2 3 ) 华北电力大学硕士学位论文 2 4 电化学测试方法 绝大多数腐蚀过程的本质是电化学性质。在腐蚀机理研究、腐蚀实验及工业腐 蚀监测中，广泛地利用了金属电解溶液界面( 双电层) 的电性质，所以电化学测 试技术已成为重要的腐蚀研究方法。测定腐蚀速度的电化学方法有塔菲尔直线外推 法、线性极化法、三点法、恒电流暂态法、交流阻抗法等。 2 4 1 电极电位的测量 浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称为电极。当金属与 电解质溶液接触时，在金属溶液界面处产生电化学双电层，此双电层的金属相与 溶液相之间的电位差称为电极电位。至今无论用理论计算还是实验测定，都无法得 到单个电极上双电层电位差的绝对值，即还无法测定单个金属的绝对电极电位值。 但是，电池电动势是可以精确测定的，只要将所研究的工作电极与另一个参比 电极构成原电池，测量其电动势，也就是测量两个绝对电极电位之差，通过比较的 方法，就可以确定所研究金属的相对电极电位。 只要参比电极的电极电位( 作为比较基准的电极电位) 是稳定不变的，那么就 可以测定所研究金属的电极电位变化，亦可以相对比较不同金属在同一电解质溶液 中或同一金属在不同电解质溶液中的电极电位。 如果参比电极的电极电位值是已知的，那么一系列金属的电极电位也就可以定 量计算了。为此，国际上统一规定，氢离子活度为1 的氢电极在2 和1 个大气压 ( 0 1 m p a ) 氢分压时的电极电位为零，此即标准氢电极。但在实际测量时，经常采 用比较方便的甘汞电极、氯化银电极、硫酸铜电极等作为参比电极。这些参比电极 相对标准氢电极的电极电位是稳定已知的，一般就不必再把电位测量数据换算成氢 电极电位值。 测量电极电位时，必须保证由工作电极和参比电极组成的测量回路中无电流流 过，或流过的电流小到可以忽略的程度。否则将由于电极本身的极化和溶液内阻上 的欧姆电压而引起测量误差。因此，要求测量电位的仪器具有很高的内阻，以保证 电位测量的精度。 电位测量一般有两类：( 1 ) 测量稳态自然腐蚀电位，即当金属置于腐蚀介质( 电 解质) 中无外加电流作用而达到稳定状态时的电极电位，或者测量其腐蚀电位随时 间的变化；( 2 ) 测量极化电位，即在外加电流作用下金属极化状态的电位】。 2 4 2 极化曲线的测量 根据一定密度的电流通过电极时电位移动的程度，可以判断电极过程进行的难 1 4 华北电力大学硕士学位论文 易程度。如果在电流密度增加一单位时电位的移动不大，那么就意味着，电极过程 很少受到阻滞，它实际上是无阻碍地进行着。相反地，当极化率很大时，电极过程 就受到大的阻滞。因此，我们可以根据通过电极的电流密度和电极电位的移动之间 的关系来判断电极过程的动力学。 对于电化学本质的腐蚀过程，根据法拉第定律，可用电流来表示腐蚀速度；而 极化电位则是控制腐蚀反应的原动力。极化曲线就是表征腐蚀速度与原动力之间关 系的电流一电位曲线，也包括恒定电位下的电流一时间曲线及恒定电流下的电位一时 间曲线。为了便于分析结果和比较数据，在绘制极化曲线时往往采用电流密度来代 替电流【4 5 】闱。 2 4 2 1 极化曲线测量技术的分类 极化曲线测量技术一般可分为两类： a 控制电流法： 它是以电流为自变量，测定电极电位与电流的函数关系，即e = 砸) 。其中又包 括稳态法( 也称恒电流法) 、准稳态法及连续扫描法( 也称动电流法) 。此外还有 恒定电流试验，相应记录电位一时问的变化关系，即所谓充电曲线法。不管是哪种 测量方法，在一个测量点及每一瞬间，电极上流过的电流都被恒定在规定的数值， 这就是控制电流试验的实质，故称恒电流法。 b 控制电位法： 它是以电位为自变量，测定电流与电极电位的函数关系，即i = f ( e ) 。同样，也 可分为稳态法( 又称恒电位法) 、准稳态法及连续扫描法( 动电位法) 。也包括恒定 电位试验，相应记录电流一时间的变化关系。这类试验在一个测量点和每一瞬间， 电极电位都被恒定在规定的数值，这就是控制电位试验的实质，故也称恒电位法。 2 4 2 2 极化曲线的测量方法 在控制电位测量时，利用恒电位仪在电极上施加一给定大小的恒定的极化电 位，测定与此相应的电流值，再按照规定程序预置电位增量，在新的给定电位下测 定相应的电流值，如此逐点测量或者连续测量所记录到的电极电位一电流关系称为 恒电位极化曲线。采用控制电流测量技术同样也可得到恒电流极化曲线。控制电流 法和控制电位法按其自变量程序又可分为稳态法、准稳态法及连续扫描法。 稳态法是指恒电位测量时，与每一个给定电位对应的响应信号( 电流) 完全达 到了稳定不变的状态。恒电流稳态法同样也是如此。在测量技术上要求某参数完全 不变是不可能的，因此考虑到仪器精度和实验要求，例如可以规定稳态电位测定为： 5 分钟内的电位变化不超过l 3 m v 。稳态极化曲线都是用逐点测量技术获得的，此 1 5 华北电力大学硕士学位论文 即经典的步阶法。 准稳态法是指在给定自变量的作用下，相应的响应信号并未达到完全稳态。这 是因为稳态法测量耗费时间很长，实验测量很不方便，测量结果的重现性与可比性 较差，甚至有的体系根本测不到稳态极化曲线。为此，可人为规定，在每一个给定 自变量的水平上停留规定的同样时间，在保持时间终了前记录相应的响应信号，接 着调节到下一个给定自变量。例如，可以统一规定在每一给定自变量水平上保持 5 m i n ，显然，这也只能采用逐点测量的步阶法。 连续扫描法是指利用特定的装置使受控制的给定自变量按照预定的程序以规 定的速度连续变化，同步记录相应的响应信号随时问或随给定变量的变化，由此得 到的非稳态极化曲线也称为暂态极化曲线。控制电位连续扫描而测定的极化曲线， 称为动电位极化曲线；控制电流连续扫描的称为动电流极化曲线。扫描速度d e ，d t 或d i d t 可根据电极体系的性质而定，但为使实验数据具有可比性，往往又采取统一 规定扫描速度的办法。 连续扫描法即暂态法，它的系统虽然复杂，但它比稳态法极化时间短，即单向 电流持续时间短。而且采用此法可节省实验时间、简化实验过程、减小实验强度。 2 4 2 3 极化曲线外延法测定金属腐蚀速度 对于活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位偏离自腐蚀电位足够远时，电极电 位与极化电流密度的函数关系可表示为： e a = - b a l g i 。o 玎+ b 。l g i 。 ( 阳极极化曲线) e 。= - b c l g i 。o 玎拍c l g i c( 阴极极化曲线) 由此表明，在e 1 0 9 i 坐标( 即半对数坐标) 上的强极化区极化曲线是线性关系， 即塔菲尔曲线方程，该直线段称为塔菲尔直线。 b a 和b 。为相应的阳、阴极塔菲尔常数，i a 、i 。和 i 。o 仃分别为阳极极化，阴极极化和自然腐蚀下的 电流密度。阳极和阴极塔菲尔直线相交于自然腐 蚀电位e 。o 盯处，此时，i a = i 。= i 。o 盯，因此，从塔菲 尔直线延长线的交点或塔菲尔直线延伸到e 。o 盯 处的交点就可以求出该体系的自然腐蚀电流密 度i 。o 仃，这就是极化曲线外延法或称塔菲尔外延 法。如图2 一l 极化曲线图所示。 图2 1 极化曲线图 阳极极化程度的大小，直接影响到阳极过程进行的程度，通常可从表示电位与 电流密度之间关系曲线( 极化曲线) 来判断阳极极化程度的大小。由阳极极化曲线 的倾斜情况可以看出极化的难易程度，曲线越平坦，阳极极化程度越小，反之，曲 1 6 华北电力大学硕士学位论文 线坡度越大，极化程度也大。这表示阳极过程进行越艰难。通常金属在活性状态下， 阳极极化的程度不大，这时阳极极化曲线比较平坦：如果金属达到钝态，则阳极极 化的程度很大，极化曲线的倾斜程度也很大。 2 。4 3 本实验所采用的测试方法 本实验采用的是动电位连续扫描法，主要是通过测量电极在溶液中的阴阳极极 化曲线，采用塔菲尔直线外推法，即在如图2 1 所示的阴阳极极化曲线上，将塔菲 尔直线延长线到e 玎处，从该延长线与e - e 。o 盯线的交点所对应的电流密度的对数值 就可以求出该体系的自然腐蚀电流密度i 。螂。从而确定腐蚀电位和腐蚀电流。 。 为测试极化曲线，需要同时测定工作电极上流过的电流和电极电位，为此常采 用三电极体系，这是测定极化曲线最基本的电路。其中被测体系由工作电极、参比 电极和辅助电极组成，因此称为三电极体系。该三电极系统构成两个回路：一是极 化回路( 电流测量回路) ；二是电位测量回路。 试样浸入配好的溶液后，待电位稳定后极化2 分钟，待电位达到一个相对稳定 值( 自腐蚀电位) 时以l m v s 的速度进行动电位扫描测定，得到a 3 钢和3 0 4 不锈 钢在不同试验溶液中的阳极极化曲线。 1 7 华北电力大学硕士学位论文 3 1 试样、仪器、试剂 3 1 1 试样的处理 第三章实验部分 3 1 1 1 失重法试样的处理 a 3 钢腐蚀试样的尺寸为4 0 o 衄2 0 0 珊m 2 0 衄，3 0 4 不锈钢腐蚀试样的尺寸 为西1 6 蛐3 衄2 0 衄的不锈钢管，a 3 试样表面积s a 3 = 1 8 4 0 c m 2 ；3 0 4 试样表面 积s 3 0 i l8 7 9 c m z 。 将试样依次用4 0 旷到l 0 0 0 露水砂纸逐级打磨，用去离子水冲洗去除表面污物，再 分别在丙酮和无水乙醇中用脱脂棉擦洗，并在无水乙醇中浸泡3 m i n ，每1 0 片试样用 不少于5 0 m l 上述试剂，置于干净的滤纸上，用滤纸吸干，置于干燥器中2 4 h 以上， 称重。 3 1 1 2 工作电极试样的处理 将a 3 钢实验材料切割加工成l o i 哪1 0 蛐m 1 0 蛐的试样，3 0 4 不锈钢管截取 1 0 m m ，侧面依次用4 0 0 撂到1 0 0 妒水砂纸逐级打磨。然后依次用去离子水、丙酮和无 水乙醇擦洗，用电吹风机吹干，焊接一条带绝缘皮的铜导线，用环氧树脂密封，乙 二胺为固化剂，加入量是树脂质量的7 8 ，固化2 4 小时密封。工作面用6 0 0 撑水磨 砂纸打磨，再依次用去离子水、无水乙醇，电吹风机吹干，a 3 钢试样表面用打孔耐 蚀胶条处理，打孔面积为o 2 3 8 c m 2 ，即试验接触面积；3 0 4 不锈钢试样工作面即为其 断面，面积为1 2 3 c m 2 。 3 1 2 实验仪器与试剂 3 1 2 1 实验仪器 电子天平、干燥器、t d 3 6 9 l 型恒电位仪( 配合t d 7 3 0 0 测量软件) 、甘汞电极 ( 参比电极) 、铂电极( 辅助电极) 、恒温水浴锅、温度计、p h 计、电吹风机、电烙 铁、焊锡、钳子、剥皮钳、钢锯条、u p v c 管、打孔器、容量瓶、烧杯、镊子、脱 脂棉、水砂纸、保鲜膜、滤纸等。 3 1 2 2 实验试剂 硝酸铵( n h 4 n 0 3 ) 、氢氧化钠( n a o h ) 、m k 3 0 0 缓蚀阻垢剂、环氧树脂、乙 二胺、无水乙醇、丙酮、凡士林、硫酸等。 。 l g 华北电力大学硕士学位论文 3 2 实验溶液的配制 由于中水的实际成分变化很大，而且对各种成分含量的测定工作量很大，不同 浓度离子对腐蚀的影响程度各不相同，给研究单纯的氨氮对a 3 钢和3 0 4 不锈钢腐 蚀的影响造成非常大的困难，为了避免其他离子的干扰，所以本实验电解液主要是 参考城市中水水质氨氮含量和循环冷却水要求的氨氮含量，在实验室内用硝酸铵来 配制电解液。 各条件下实验溶液配制见表3 1 和表3 2 ： 表3 1 失重法实验溶液( 2 0 ) p h = 8 0 0n h 4 + - n ( m g l ) c i - o o o 5 0l o o1 5 02 0 03 0 o4 0 05 5 07 0 0 n h 4 + n = 3 0 o p h c i = 0 o o 7 o 7 58 o8 59 o n h 4 + n = 3 0 o缓蚀剂浓度( m g l ) p h = 8 o o o25l o1 52 0 注：n h 4 + - n 代表氨氮浓度，c i 代表缓蚀剂浓度 表3 2 电化学法实验溶液 p h = 8 o o nh4+-n(mgl) c i - o o o 2 o5 ol o o1 5 o2 0 o3 0 o4 0 o5 5 o7 0 o 仁3 5 n h 4 + n = 4 0 o p h c i _ o o o 7 o7 58 o 8 59 0 t = 3 5 n h 4 + n = 4 0 o 温度t ( ) p h = 8 0 0 3 03 54 04 5 c i _ o 0 0 n h 4 + n = 3 0 o 缓蚀剂浓度( m g ，l ) p h = 8 o o o25l o1 52 0 t ：3 5 注：n h 4 + n 代表氨氮浓度，c j 代表缓蚀剂浓度 1 9 华北电力大学硕士学位论文 3 3 实验装置 3 3 1 失重法实验装置 失重法实验装置如图3 1 所示： 试” 图3 - l 失重法实验装置图图3 2 自制电解池示意图 3 3 2 极化曲线法实验装置 一研究电撮 一薯廑计 一饱和甘秉电板 一帕电撮 电化学实验装置采用三电极体系，它是由极化电源( 恒电位仪) 、电流与电位 检测、电解池( 如图3 2 自制三电极电解池所示) 与电极系统组成。该三电极系统构 成两个回路：一是极化回路( 电流测量回路) ，主要由极化电源和电流检测仪器组 成；二是电位测量回路，主要是能满足电位测量的仪器组成。测量动电位极化曲线 的电位扫描系统，其特征是加到恒电位仪上的腐蚀电位随时间呈线性变化，从而使 研究电极电位也随时间呈线性变化。测试项目为极化曲线。装置由温控系统、测试 系统和数据记录系统组成。 整个测试系统是由微机控制的，微机控制测试系统如图3 3 所示： 图3 - 3 腐蚀极化曲线的微机测试系统图 园 测试系统包括： ( 1 ) 三电极体系：电工作电极，辅助电极( 铂电极) 及饱和甘汞电极( s c e ) 组成。 ( 2 ) 极化曲线的测量由t d 7 3 0 0 0 型电化学直流极化测试系统完成。 华北电力大学硕士学位论文 3 4 实验步骤 3 4 1 失重法实验步骤 在烧杯中加入实验溶液，溶液体积与试片面积比：2 0 m l c m 2 4 0 m l c i n 2 。将 试片用细线系好后悬挂于溶液中，要求试片上端与液面的距离应大于2 c m ，用保鲜 膜密封以防溶液蒸发。将试片在溶液中浸泡1 0 d 后将试片取出，用毛刷刷洗干净， 再用橡皮擦去表面腐蚀产物，用清水、丙酮清洗，并在无水乙醇中浸泡3 m i n 后， 用虑纸擦试，置于干燥器中，2 4 h 后称重，计算腐蚀速度。 3 4 2 极化曲线法步骤 打开恒电位仪电源开关，预热1 5 血n ，将已配制好的溶液倒入自制电解池，然 后将已处理好的工作电极、参比电极和辅助电极放入电解池，实验开始要在1 0 0 0 m v 下极化2 分钟，极化的目的就是为了使工作面腐蚀均匀，稳定到自腐蚀电位，然后 以自腐蚀电位为起始扫描电位，以l m v s 的扫描速度进行连续扫描，a 3 钢扫描终 止电位l 0 0 0 m v ，3 0 4 扫描终止电位8 0 0 m v 得到阳极极化曲线。采用塔菲尔直线外 推法，即在如图2 1 所示的阴阳极极化曲线上，将塔菲尔直线的延长到e 仃处，则 从该延长线与e = e 。叫线的交点所对应的电流密度的对数值就可以求出该体系的自 然腐蚀电流密度i 。咐。并且对极化曲线上的塔菲尔直线段进行线性回归求得塔菲尔 斜率b ，截距a 。由得到的塔菲尔方程e = a + b l g i ，求得当e = e 。0 仃时的电流密度i = i c o 盯， 用i 盯表示腐蚀速度。 2 l 华北电力大学硕士学位论文 4 1 失重法测定结果 第四章实验结果分析 4 1 1a 3 钢部分 ( 1 ) a 3 钢试样腐蚀速度与氨氮溶液浓度关系如图4 一l 所示： 5 ，o l o f o1 5 o 2 0 o3 0 o4 0 o 5 5 o 7 0 o 氨氟浓度( m g l ) 图4 一l 氨氮浓度与腐蚀速度关系图 从图4 1 中可看出，a 3 钢试样腐蚀速度随氨氮溶液浓度变化分两个阶段：浓 度5 2 0 m g l 阶段腐蚀速度相对较小，o 2 8 5 础o 3 3 2 n 坷妇；浓度3 0 m g l 7 0 m g l 阶段腐蚀速度相对较大，o 5 6 8 舢州a o 6 0 6 舢彬a 。 ( 2 ) a 3 钢试样腐蚀速度与氨氮溶液p h 值变化的关系如图4 2 所示： o 5 8 0 o 5 7 5 d 5 7 0 o s 6 5 o 5 6 0 o 5 5 5 o 5 5 0 o - 5 4 5 o 5 4 0 7 o o7 5 08 o o8 的9 p h 值 图4 2 p h 值与腐蚀速度关系图 从图4 2 中可看出，a 3 钢试样腐蚀速度随氨氮溶液p h 值的增加而下降，腐 蚀速度变化范围0 5 7 6 m i 彬a o 5 5 4 删 1 l a ，表明在p h 值7 o 9 0 范围腐蚀速度受氨 氮溶液p h 值影响不大。 舯 瑚 啪 湖 枷 啪 o o o o o 勺|i)毯嚣基譬 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) a 3 钢试样腐蚀速度与缓蚀剂浓度变化的关系如图4 3 所示： 图4 3腐蚀速度与缓蚀剂浓度及缓蚀效率关系图 从图4 3 中可看出，a 3 钢试样腐蚀速度随缓蚀剂浓度的增加先下降后稍有上 升，腐蚀速度变化范围0 5 6 8 础0 0 7 8 删彬a ，大约在1 5 m g l 处腐蚀速度最小， 为o 0 7 8 融；缓蚀效率先上升后下降，大约在1 5 m g 九缓蚀效率最大，为8 6 1 3 。 所以添加该种缓蚀剂浓度可控制在l o m g l 2 0 m g l 范围内，腐蚀速度为 0 0 9 0 彻彬a 0 1 0 2 m n l a ，缓蚀效率为8 4 2 1 8 1 5 4 。 4 1 23 0 4 钢部分 ( 1 ) 3 0 4 钢试样腐蚀速度与氨氮溶液浓度关系如图4 4 所示： 5 ol o o1 5 o2 0 o3 0 o 4 0 05 5 07 0 0 氨氮浓度( 粥几) 图4 4氨氮浓度与腐蚀速度关系图 从图4 4 中可看出，3 0 4 钢试样在氨氮溶液中腐蚀速度随氨氮溶液浓度的增加 逐渐上升，变化范围较大，最大值和最小值差值为o 0 0 2 7 鼬，在氨氮浓度1 0 m g l 及以下时，腐蚀速度相对较小。 s 辞餐墨馨 坩为付o 5 o s o 5 o 5 o 3 3 2 2 l l o o 嗽 嘟 耋 耋| 眦 眦 咖 咖 o o o d o o o n (b基v毯脚l霹矮 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 3 0 4 钢试样腐蚀速度与氨氮溶液p h 值变化的关系如图4 5 所示： 7 7 的8 8 的9 脚i 值 图4 5p h 值与腐蚀速度关系图 从图4 5 中可看出，3 0 4 钢试样腐蚀速度随氨氮溶液p h 值的增加稍有下降， 但变化范围非常小，其最大值和最小值差值仅为o o 0 0 4 舢彬a 。 ( 3 ) 3 0 4 钢试样腐蚀速度与缓蚀剂浓度变化的关系如图4 6 所示： 图4 6 缓蚀剂浓度与腐蚀速度及缓蚀效率关系图 从图4 6 中可看出，3 0 4 钢试样的腐蚀速度随缓蚀剂浓度的增加先降后略有上 升，缓蚀效率先上升后略有下降，大约在缓蚀剂浓度1 0 m g l 1 5 血g l 左右处腐蚀 速度达到最小值，最小值为0 0 0 1 4 删 1 1 a ，此时缓蚀效率最大，最大值为4 0 ，添加 缓蚀剂后，使腐蚀速度由原来的0 0 0 2 3 m i n a 减小到o 0 0 1 4 础州a ，最大缓蚀效率为 4 0 9 1 。此种缓蚀剂对3 0 4 钢在氨氮溶液中的腐蚀状况稍有减缓，效果不明显。 5 l 3 2 l o 9 8 懈 嗽 愀 噼 嗽 蝴 嘶 叭 仉 仉 仉 乱 仉 乱 仉 m 岔_i)越耀器奠 谷v 眷餐基舅 艏骆为毫馅竹5 o 华北电力大学硕士学位论文 4 2 极化曲线法测定结果 4 2 1a 3 钢部分 4 2 1 1 氨氮系列溶液 a 3 钢工作电极在不同浓度氨氮溶液中的极化曲线及各阳阴极极化曲线的综合 如图4 7 至图4 一1 6 所示，由各图得到的自腐蚀电位e m v ) 、塔菲尔方程的截 距a 、斜率b 及拟合计算得到的腐蚀电流密度i 椰从m 2 ) 列于各图下方。 ( 1 ) 2 0 m g l 氨氮溶液( 2 ) 5 o m g l 氨氮溶液 图4 72 0 m g ，l 阳阴极化曲线 铲3 8 7 2 ，b _ 2 6 2 2 ，e 。盯- 一4 8 3 ，i 。产2 1 8 4 ( 3 ) 1 0 0 m g l 氨氮溶液 图4 - 91 0 o m g l 阳阴极化曲线 a - 3 6 2 6 ，b = 2 6 3 2 ，e c 。盯- - 4 9 l ，i ，2 7 2 7 图4 85 o m g 几阳阴极化曲线 a = 3 4 3 8 ，b = 2 5 2 4 ，e 。芦- 4 8 8 ，i 。= 2 7 8 2 ( 4 ) 1 5 0 i i l g 几氨氮溶液 嘲 0 o 4 皇2 0 0 蕾 o 2 啪 1 0 0 1 i - 咖 图4 - 1 01 5 o m g ，l 阳阴极化曲线 a = 3 0 9 3 ，b ：2 4 9l ，e 盯- 一4 8 7 ，i c 蛳= 3 6 5 3 华北电力大学硕士学位论文 ( 5 ) 2 0 0 m g 兄氨氮溶液 l q 旺 图4 1 l2 0 o m g l 阳阴极化曲线 a 芦317 5 ，b = 2 7 3l ，e 。仃= - 4 9 4 ，i o 矿4 5 - 3 2 ( 7 ) 4 0 0 m g l 氨氮溶液 l o i 图4 一1 34 0 o m g l 阳阴极化曲线 a 芦2 2 7 7 ，b = 2 5 8 6 ，e 。= 5 1 6 ，i c o f 8 3 1 3 ( 9 ) 7 0 0 m g l 氨氮溶液 _ 4 o- 3 53 o一2 52 o1 51 o5 i 唱i 图4 一1 57 0 o m g l 阳阴极化曲线 a - 1 9 5 3 ，b = 2 6 4 7 ，e = - 5 4 5 ，i 。o 盯= 1 1 8 4 l ( 6 ) 3 0 o m g 九氨氮溶液 l o i i 图4 - 1 23 0 0 m g l 阳阴极化曲线 a = 2 8 9 8 ，b = 2 8 0 7 ，鼯_ 4 9 3 ，i 。o 产6 1 9 3 ( 8 ) 5 5 o m g l 氨氮溶液 图4 1 45 5 o m l 阳阴极化曲线 a _ 2 0 9 9 ，b = 2 7 3 7 ，e 。叫= 一5 2 6 ，i c 。盯= 1 0 9 9 1 ( 1 0 ) 综合 _ 4 03 5o o2 52 01 51 oo 5 l 傀i 图4 - 1 6 氨氮阳阴极极化曲线综合 i 8 9 咖湖咖珊瑚。狮枷枷黝咖 1 - - i 誊右 晷莩80舞嚣咖宣才_一_一 华北电力大学硕士学位论文 4 2 1 2 温度系列溶液 a 3 图4 1 7 钢工作电极在不同温度氨氮溶液中的极化曲线及阳阴极极化曲线的综合如 至4 2 l 所示，得到的e 。轴v ) 、a 、b 、i 咖( “从m 2 ) 列于各图下方。 ( 1 ) 3 0 氨氮溶液( 2 ) 3 5 氨氮溶液 图4 一1 73 0 阳阴极化曲线 a _ 2 2 9 5 ，b = 2 5 4 6 ，e 盯- 一4 9 l ，i c o 盯：8 0 5 3 ( 3 ) 4 0 氨氮溶液 l o i 图4 1 9 4 0 阳阴极化曲线 a - 2 0 7 5 ，b = 2 6 0 5 ，e 。f 一5 0 9 ，i c 。盯_ 1 0 1 8 4 ( 5 ) 温度综合： l o g l 图4 - 2 l 温度阳阴极极化曲线综合 2 7 l o i 图4 1 83 5 阳阴极化曲线 a = 2 2 7 7 ，b = 2 5 8 6 ，e c 。仃= 一51 6 ，i c 。仃- 8 3 1 3 ( 4 ) 4 5 氨氮溶液 l o i 图4 - 2 04 5 阳阴极化曲线 a = 1 9 8 8 ，b = 2 7 7 5 ，e c 。盯- - 5 2 4 ，i 。t - 1 2 4 4 5 华北电力大学硕士学位论文 4 2 1 3p h 值系列溶液 a 3 钢工作电极在不同p h 值氨氮溶液中的极化曲线及阳阴极极化曲线的综合如 图4 2 2 至4 2 7 所示，e 。n ( m v ) 、a 、b 、i 一心此m 2 ) 列于各图的下方。 ( 1 ) p h = 7 o 氨氮溶液( 2 ) p h = 7 5 氨氮溶液 图4 2 2p h _ 7 o 阳阴极化曲线 a _ 2 4 4 2 ，b ：2 8 3 3 ，e 。仃= - 5 1 9 ，i c o i o 1 4 ( 3 ) p h = 8 o 氨氮溶液 l q l 图4 2 4p h = 8 o 阳阴极化曲线 a = 2 2 7 7 b = 2 5 8 6 ，e 。o 产5 1 6 ，i 。，8 3 1 3 ( 5 ) p h = 9 0 氨氮溶液 l a 曩l 图4 2 6p h = 9 o 阳阴极化曲线 a - 2 3 7 5 ，b = 2 4 9 4 ，e 。叫- 4 8 5 ，i c 。盯- 7 1 3 2 2 8 l o 一 图4 - 2 3p h = 7 5 阳阴极化曲线 a = 2 3 3 3 ，b ：2 6 2 4 ，e 。卑5 0 0 ，i c o 盯= 8 3 2 3 ( 4 ) p h = 8 5 氨氮溶液 图4 - 2 5p h = 8 5 阳阴极化曲线 a - 2 5 2 5 ，b = 2 6 5 4 ，e c o 盯= - 4 9 8 ，i c o 盯= 7 2 5 4 1 嘲 8 e 4 - 2 d o - 2 枷 i 舢 1 0 ( 6 ) p h 综合 3 5- 3 ，o2 52 o一1 5 o o 5 l o 豇 图4 2 7p h 阳阴极极化曲线综合 华北电力大学硕士学位论文 4 2 1 4 缓蚀剂系列溶液 a 3 钢工作电极在不同浓度缓蚀剂氨氮溶液中的极化曲线及阳阴极极化曲线综 合如图4 2 8 至4 3 4 所示，得到的e 。“m v ) 、a 、b 、i 。o 舶i a 伽2 ) 列于各图下方。 ( 1 ) 0 o m g l 缓蚀剂氨氮溶液( 2 ) 2 0 m g l 缓蚀剂氨氮溶液 l 嵋l 图4 - 2 8o o m g 九阳阴极化曲线 a = 2 2 7 7 ，b = 2 5 8 6 ，e c o r r _ 5 1 6 ，i 。仃- 8 3 1 3 ( 3 ) 5 0 m g l 缓蚀剂氨氮溶液 图4 - 3 05 o m g l 阳阴极化曲线 a 2 8 0 7 ，b = 2 5 0 3 ，e c 。仃- 一4 9 l ，i 盯_ 4 8 1 2 ( 5 ) 1 5 0 m l 缓蚀剂氨氮溶液 l o i 图4 3 21 5 o m g l 阳阴极化曲线 a 产4 7 7 8 ，b = 2 6l7 ，e 。盯- - 4 9 6 ，i 盯j = 9 6 5l 2 9 4 5矗o- 2 52 o1 j1 o - o 5 l q 一 图4 2 92 o m g ，l 阳阴极化曲线 a = 2 5 0 6 ，b = 2 6l3 ，e 疗= 一5 0 2 ，i 。o f 7 0 5 7 ( 4 ) 1 0 o m g l 缓蚀剂氨氮溶液 l q i l 图4 3 ll o o m g l 阳阴极化曲线 a = 4 7 6 0 ，b = 2 6 6 7 ，e 0 0 。= 一4 8 9 ，i 。= l0 7 6 ( 6 ) 2 0 0 m g 几缓蚀剂氨氮溶液 一i j_ o4 53 o- 2 5- z o1 。5 1 0 0 l 图4 - 3 32 0 o m g l 阳阴极化曲线 a _ 4 0 4 8 ，b = 2 5 0 2 ，e 。叫= - 4 9 7 ，i 。o r r - 1 5 2 7 蛳蛳啪枷猢。栅=枷咖 ， 皇t叠-o 啪蛳啪枷枷o荸枷描枷啪 ， - 寸- _ _ _ o 华北电力大学硕士学位论文 ( 7 ) 缓蚀剂氨氮溶液极化曲线综合 1 咖 咖 6 枷 - 抛 寸 o 2 l 枷 - a 1 0 3 2 i l 5 l o 3 。5 - 3 o 2 ，5 z o 。5 o 矗5 l o g i 图4 3 4 缓蚀剂阳阴极化曲线综合 4 2 23 0 4 钢部分 4 2 2 1 氨氮系列溶液 3 0 4 图4 3 5 钢工作电极在不同浓度氨氮溶液中的极化曲线及阳阴极极化曲线的综合如 至4 4 4 所示，得到的e 。“m v ) 、a 、b 、i c 帆( 叫c m 2 ) 列于各图下方。 ( 1 ) 2 o m g l 氨氮溶液 5 5- 6 o 5_ o4 ，53 o 幺5 l o g l 图4 - 3 52 o m g l 阳阴极化曲线 a 3 9 8 1 ，b ：1 2 2 2 ，e 。盯= 2 6 8 ，i c o f o 3 3 ( 3 ) 1 0 o m g l 氨氮溶液 咖 啪 枷 皇瑚 寸 o 姗 a 矗o - 5 56 05 o a 53 o2 5 l o i 图4 - 3 7l o o m g l 阳阴极化曲线 a = 3 8 8 4 b = 1 3 2 9 ，e 。仃= - 2 7 l ，i c o 仃- o 7 4 ( 2 ) 5 0 m g l 氨氮溶液 6 o 5 5 占o _ 4 5 o 3 5 寸o z 5 l o l i 图4 3 65 o m g l 阳阴极化曲线 a _ 2 6 2 4 ，b = 8 4 6 ，e c o ，2 7 l ，i f o 3 7 ( 4 ) 1 5 o m l 氨氮溶液 图4 - 3 81 5 o m g l 阳阴极化曲线 a _ 3 6 0 0 ，b ：1 1 9 5 ，e 。仃- - 2 7 3 ，i c 。盯- o 5 7 啪 啪 椭 拼 。 姗 枷 珊 埘 ；才 啪瞄枷暑。棚枷姗蛳 羞d 华北电力大学硕士学位论文 ( 5 ) 2 0 ，0 m g ，l 氨氮溶液( 6 ) 3 0 g ，l 氨氮溶液 图4 3 92 0 o m g l 阳阴