金属腐蚀研究报告办法

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐金属腐蚀研究报告办法

金属腐蚀研究办法

院（系）：材料科学与工程学院专业班级：金材1101班

学生姓名：卢阳

学号：9

完成日期：20XX年11月16日

金属腐蚀研究办法

——缝隙腐蚀的研究

缝隙腐蚀是在电解质溶液(特殊是含有卤族离子的介质)中，在金属与金属或金属与非金属表面之间狭窄的缝隙内，溶液的挪移受到阻滞，当缝隙内溶液中的氧耗竭后，氯离子从缝隙外向缝隙内迁移，金属氯化物的水解酸化过程发生，导致钝化膜的破碎而产生与自催化点腐蚀相类似的局部腐蚀。缝隙腐蚀现象很普遍，对一些耐蚀金属材料的危害尤其明显[1]。

1、缝隙腐蚀的机理[2]

缝隙腐蚀可分为初期时期和后期时期。在初期时期，发生金属的溶解和阴极的氧还原为氢氧离子的反应：

阳极：M→M++e阴极：O2+2H2O+4e→4OH-

阳极阴极此刻金属和溶液之间电荷是守恒的，金属溶解产生的电子马上被氧还原消耗掉。在通过一段时刻后，缝内的氧消耗完后，氧的还原反应别再举行。这时缝内缺氧，缝外富氧，形成了氧浓差电池，金属M在缝内接着溶解，缝内溶液中M+过剩，为了保持电荷平衡，缝隙外部迁移性大的阴离子（如氯离子）迁移到缝内，并且阴极过程转到缝外。缝内已形成金属的盐类(包括氯化物和硫酸盐)发生水解：

M+CI+H2O→MOH↓+H+CI-

结果使缝内pH值下落，可达2至3，这就促使缝内金属溶解速度增加，相应缝外邻近表面的阴极过程，即氧的还原速度也增加，使外部表面得到阴极爱护，而加速了缝内金属的腐蚀。

而Myer等人以为，至少还有氢离子、中性盐和缓蚀剂的浓差电池存在于缝隙腐蚀过程中，Brown以水解后局部酸化引起局部腐蚀的依据，提出了闭塞腐蚀电池（occludedcorrosioncell）的概念。另外，Fontana和Rosefeld等人，指出了蚀孔或缝隙闭塞电池的自催化理论。

缝内外溶液的对流和扩散受阻，导致闭塞区贫氧，缝隙外仍然富氧，造成的氧浓差电池使缝隙内金属的电位低于缝隙外金属的电位，pH值的落低以及H+和Cl-的作用（HCl）使金属处于活化状态，促进闭塞区内金属的溶解，形成二次腐蚀产物Fe(OH)3在缝口，造成正电荷过剩，Cl-迁入。而氯化物在水中发生水解，使缝隙内介质（H+离浓度增加）酸化，pH值下落，所以，加速了阳极的溶解。阳极的加速溶解，又引起更多的Cl-离子迁入，氯化物浓度又增加，氯化物的水解又使介质进一步酸化，这样反复循环，形成了一具闭塞电池内的自催化效应。

2、缝隙腐蚀试验办法

在相对闭塞的狭小缝隙中存留的溶液容量甚微，所以必须设计一些特别的研究办法

才干有效地研究缝隙腐蚀行为。迄今为止采纳的研究办法可归纳为三类，真实缝隙中的测量、数学模拟法、模拟缝隙测量。真实缝隙中的测量又分为原位测量法和取样分析法，可是不管是原位测量依然取样分析都会因缝隙狭小，测量和取样困难而妨碍实验精度。数学模拟法目前模型尚未统一。模拟缝隙测量的办法采纳较多，有的已形成国家标准，要紧分为浸泡试验和电化学试验两大类。浸泡试验法中有三氧化铁试验（GB/T10127-2002.），多缝隙试样试验，临界缝隙腐蚀温度试验，活性炭加速试验等。电化学测试法（GB/T13671-1992.）中有临界（再钝化）电位测试法，去钝化pH值比较法，稳态pH值与去钝化pH值比较法等。

3、22Cr双相别锈钢缝隙腐蚀[3]

国内外对22Cr双相别锈钢缝隙腐蚀的研究结果表明，其缝隙腐蚀性能优于18-5Mo型双相别锈钢，与316L奥氏体别锈钢相当，但低于25Cr型同样含钼量的双相别锈钢，在流淌的海水中有轻微的缝隙腐蚀。3.1试验材料

试验所用材料为00Cr22Ni5Mo3N双相别锈钢，其化学成分见表3-1。

表3-100Cr22Ni5Mo3N双相别锈钢化学成分（wt%）成分CMnSiCrNiMoNSP含量

0.021

1.52

0.37

21.47

5.55

3.04

0.13

0.003

0.0014

3.2化学浸泡法

①三氯化铁实验试验办法

试验依据GB/T10127-2002[4]别锈钢三氯化铁缝隙腐蚀试验办法举行。将试样加工成50mm×25mm×3mm的薄片，试样的6个表面依次用180#、240#、400#、600#和800#金相砂纸逐级打磨，然后测量尺寸、计算总表面积、用无水乙醇洗净、干燥，称重(精确到0.001g)后置于干燥器中备用。试验溶液是将100g分析纯三氯化铁(FeCl3?6H2O)溶解在用优级纯盐酸和蒸馏水或去离子水配制成的900mL、0.05mol/L的盐酸水溶液中。试验温度分不为22℃±1℃、35℃±1℃、50℃±1℃和75℃±1℃。试样两侧用2个聚四氟乙烯圆柱夹紧，并用低硫(S≤0.02%)橡胶带十字形捆好；12.7mm×12.7mm的聚四氟乙烯圆柱顶部加工有宽、深均为1.6mm的垂直槽，防止橡胶带滑动，如图3.2。本试验共4组，每组试验取三片平行试样，每次试验使用新的试验溶液。在烧瓶中注入配制好的

试验溶液300mL，盖上玻璃塞后放入恒温槽装置中将试验溶液加热到规定温度，之后，将试样水平放在溶液中的支架上，延续举行72h的浸泡试验，试验

1-聚四氟乙烯圆柱;2-试样；3-低硫橡胶带

图3.2FeCl3溶液缝隙腐蚀试验装置示

过程中试验容器要密，以防溶液蒸发。试验结束后，取出试样在流水中用尼龙刷清除试样上的腐蚀产物，用无水乙醇洗净、干燥并在干燥器中放置数小时后称重[3]。②试验结果分析

图3.3为平均腐蚀速率与试验温度的关系。从图中能够看出，随着温度的升高，22Cr双相别锈钢的缝隙腐蚀程度越来越严峻，尤其是温度大于35℃时，其腐蚀速率急剧上升。

3.3电化学办法①试验办法

试验依据GB/T13671-1992别锈钢缝隙腐蚀电化学试验办法举行。图3.4所示为由绝缘树脂、塑料管和Φ10mm×3mm双相别锈钢片镶嵌制成的试样，其中1cm2的试验表面裸露。试验时将试验表面用砂纸逐级打磨至800#，然后冲洗，丙酮除油、干燥。图3.5为用规定的有机玻璃夹具将1cm2的试样表面与尼龙网构成人工缝隙的装配图。

电化学测试由EG&公司的M237A恒电位仪和M5210锁相放大器完成。电解池采纳EG&G公司的1L容积的玻璃电解池，辅助电极采纳大面积石墨惰性电极，参比电极采纳饱和甘汞电极。扫描速率为1mV/s。试验溶液为3.5%NaCl,试验温度分不为30℃±1℃，40℃±1℃，60℃±1℃，80℃±1℃。电化学阻抗测试的频率范围为10mHz~100kHz，阻抗测量信号采纳幅值为5mV的正弦波。试验介质为3.5%NaCl溶液，试验温度分不为30℃、40℃、60℃和80℃。②试验结果分析

试验结束后，测得22Cr双相别锈钢在30℃、40℃、60℃和80℃的缝隙腐蚀极化曲线如图3.6所示。从图3.6能够观看到，22Cr双相别锈钢的自腐蚀电位随着温度的升

图3.3平均腐蚀速率与试验温度关系

1-试样；2-绝缘树脂；3-塑料管；4-导线

图3.4镶嵌式样

1-有机玻璃夹；2-玻璃珠；3-聚四氟乙烯垫片；4-镶嵌的试样

图3.5人工缝隙装置

高向负方向挪移，表明自腐蚀倾向增大；同时钝化区宽度变窄，塔菲尔歪率减小，表明电极的极化率随温度升高而变小，电极反应过程阻力变小，腐蚀速率增大。缝隙腐蚀发生后，缝隙内作为阳极区，阴极反应由氧去极化逐渐转化为H+去极化，缝隙内pH值落低，缝隙内金属腐蚀阳极反应加剧，腐蚀电位也逐渐负移[5]。电化学测量结果如表3-3。

表3-3电化学测量结果

温度/℃自腐蚀电位/mV

30-136

40-172

60-266

80-264

图3.6别同温度下的极化曲线

试验条件下，22Cr双相别锈钢的缝隙腐蚀程度随介质温度的升高而急剧上升，并且发觉有些腐蚀痕迹。并且，其自腐蚀电位随温度的升高向负方向挪移，自腐蚀倾向增大。

4、Q235钢的缝隙腐蚀

采纳动电位扫描法研究了碱性条件下氯离子浓度对Q235钢缝隙腐蚀行为的妨碍。氯离子对缝隙腐蚀有极强的促进作用，氯离子浓度的增加会导致缝隙腐蚀电位的显著下落，从而大幅度落低了碳钢的抗缝[6]。

4.1试验材料

试验材料为Q235钢，试样采纳截面为1cm2的Q235钢，焊接铜丝作为导线，用环氧树脂固封焊接处。每次试验前，将试样用180#到800#的砂纸按顺序举行打磨，试验面磨光后，用去离子水冲洗，再用无水乙醇丙酮脱脂，最终用吹风机吹干。

表4-1Q235钢的化学成分（wt%）成分CSiMnPS

含量0.2140.1950.6440.02640.0236

4.2试验办法[6]

试验溶液为碱性条件下的NaNO2+NaCI和Na3PO4低+H3PO4+NaCI溶液体系。在NaNO2+NaCI溶液体系中:经过改变Cl-浓度，配制了0.1mol/LNaNO2+Xmol/LNaCI的系列溶液，研究Cl-对碳钢缝隙腐蚀的妨碍。溶液用去离子水配制，所用试剂均为分析纯。

经过缝隙腐蚀电位来描述材料的缝隙腐蚀敏感性。缝隙腐蚀电位是指在阳极极化过

程中，由于缝隙腐蚀的发生而使电流密度急剧上升时对应的电位。采纳三电极体系，工

作电极为试样，参比电极采纳饱和甘汞电极(CSE)，辅助电极选用铂电极。为了满脚试验要求，使用如图4-2所示的缝隙腐蚀夹具。缝隙夹具全部由聚四氟乙烯(PDFE)材料制成。试样按图4-2装好后浸入溶液，采纳恒温水槽控温。温度操纵在(30±l)℃范围，自腐蚀电位稳定后，以0.8mV/s的速度举行动电位扫描，从而获得阳极极化曲线。缝隙腐蚀电位可直截了当在阳极极化曲线上读取。

缝隙的宽度对缝隙腐蚀有非常大影

响，因此要尽可能保持每次试验中缝隙宽

度的一致性。腐蚀试样被固定在夹具上

部的槽中，导线由上部穿出，四个聚四

氟乙烯螺栓对称分布于四周，将腐蚀试

样紧固于夹具中央，由此产生缝隙，如

图4-2所示。每次安装试样时，经过扭

矩扳手调整螺栓以保证每次试验中安装力矩的一致，从而在腐蚀试样和聚四氟乙烯底板间就会产生宽度大致相同的缝隙。

4.3试验结果分析

图4-3是Q235钢在别同Cl-浓度的亚硝酸钠溶液中的极化曲线，表4.3是Q235钢在别同Cl-浓度的亚硝酸钠溶液中的自腐蚀电位Ecorr和缝隙腐蚀电位Ecc。综合图4-3和表4.3可知，随着Cl-浓度的增加，溶液的自腐蚀电位呈下落趋势，从-348mV下落至-608mv,讲明Cl-离子对钝化膜有较强的侵蚀性，尤其是在Cl-离子浓度大于0.02mol/L后，自腐蚀电位下落至-591mV，表明此刻Q235钢非常难形成自钝化。而且能够看出随着Cl-浓度的增加，缝隙腐蚀电位显著下落，从364mV下落至75mV，这也许是由于Cl-别仅对钝化膜有破坏作用而且能够形成缝隙内腐蚀自催化过程，使缝隙腐蚀随时刻而

加速和强化[6]。

表4.3Q235钢在0.1mol/L

NaNO2+Xmol/LNaCI溶液中的Ecorr和Ecc

Cl-浓度，mol/LEcorr,mV(SCE

)

Ecc,mV(SCE

)

0.005-348364

0.01-534311

0.02-591245

0.03-592208

0.1-60875

图4-2缝隙腐蚀夹具

图4-3Q235钢在0.1mol/LNaNO2+Xmol/LNaCI溶液中的

极化曲线

将表4.3中Ecc对Cl-浓度的对数作图，得到图4-4。从图4-4中看出，Ecc与Cl-浓度的对数有较好的线性关系。线性拟合如下:

Ecc=-139.7-223.1logCCl-R=0.997

随着Cl-浓度的对数的增加，Ecc线性下落，碳

钢的抗缝隙腐蚀能力也线性下落[7]。

图4-4Ecc与Cl-浓度之间的关系

参考文献

[1]杨武.金属的局部腐蚀[M].北京:化学工业出版社.1995:8~11.

[2]XXX星，赵平，孙成，许进.埋地管线钢缝隙腐蚀的机理与防护研究发展[J].全面腐蚀操纵.2009,4(24).

[3]熊惠，相建民，林冠发，魏斌.22Cr双相别锈钢缝隙腐蚀的研究[J].石油矿场机械.2007,36（8）:50~