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黑色金屬是目前用量最大的工程結(jié)構(gòu)材料,廣泛應(yīng)用于海洋工程中。黑色金屬在海水中的腐蝕電位是金屬腐蝕與防護(hù)的最基本參數(shù)之一。測(cè)量黑色金屬材料在海水中的腐蝕電位,尤其是腐蝕電位──時(shí)間曲線,從而獲得其在海水中的腐蝕電位變化規(guī)律,對(duì)研究黑色金屬在海水中的腐蝕行為、分析腐蝕過程以及金屬結(jié)構(gòu)物的防腐蝕設(shè)計(jì)等都具有重要的意義。
試驗(yàn)
01 電極制作
試驗(yàn)鋼為16種常見黑色金屬材料,其化學(xué)成分見表1,表面為機(jī)加工表面,粗糙度為3.2μm,試樣尺寸為70mm×25mm×(2~6)mm,平行試樣為3片,每片電位測(cè)試試樣一端焊接導(dǎo)線,并利用環(huán)氧樹脂將其封裝在塑料框內(nèi),參比電極為Ag/AgCl電極。
02 腐蝕電位測(cè)試
試驗(yàn)地點(diǎn)分別在青島和舟山海水試驗(yàn)站,試驗(yàn)期間海水環(huán)境因素見表2。
03 數(shù)據(jù)處理
以三個(gè)平行樣的腐蝕電位平均值作為材料的腐蝕電位,繪出腐蝕電位——時(shí)間曲線。浸泡開始時(shí)的腐蝕電位作為初始電位,趨于穩(wěn)定后各測(cè)量點(diǎn)腐蝕電位的平均值作為穩(wěn)定腐蝕電位。
結(jié)果與討論
01 腐蝕電位變化規(guī)律
鑄鐵、碳鋼和低合金鋼在青島、舟山海水腐蝕電位時(shí)間曲線見圖1~圖4。結(jié)果表明:鑄鐵、碳鋼和低合金鋼等黑色金屬材料在海水中浸泡的初期,腐蝕電位變化迅速,隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)經(jīng)歷了“減小-增大-穩(wěn)定”過程,也反映了材料在海水中“氧化膜破壞-銹層生成-銹層穩(wěn)定附著”變化過程。
圖1 碳鋼和低合金鋼在青島海水中的腐蝕電位-時(shí)間曲線
圖2 鑄鐵和低合金鋼在青島海水的腐蝕電位-時(shí)間曲線
圖3 碳鋼和低合金鋼在舟山海水的腐蝕電位-時(shí)間曲線
圖4 鑄鐵和低合金鋼在舟山海水的腐蝕電位-時(shí)間曲線
02 穩(wěn)定腐蝕電位
由于青島和舟山海水的環(huán)境因素不同,其穩(wěn)定電位也不相同。結(jié)果表明,鑄鐵、鋼在舟山的穩(wěn)定電位較青島的穩(wěn)定電位正,其原因應(yīng)與青島海水中的溶解氧含量與舟山不同有關(guān),一般情況下,溶氧含量越高,陰極反應(yīng)越強(qiáng),電位越正,而試驗(yàn)期間,舟山海水中的溶解氧含量高于青島,因此,鑄鐵、鋼在舟山的穩(wěn)定腐蝕電位較青島正。
此外,鑄鐵、鋼在青島和舟山的穩(wěn)定腐蝕電位大小順序大致相同,其順序?yàn)?合金元素較多低合金鋼>合金元素較少的低合金鋼>碳鋼>鑄鐵。即含合金元素較多的低合金鋼的電位明顯較正,而含合金元素較少的碳鋼和鑄鐵的腐蝕電位較負(fù)。
雖然尚缺乏試驗(yàn)材料在海水全浸區(qū)腐蝕速率的對(duì)比數(shù)據(jù),但研究表明,含合金元素較多的合金合金鋼的耐蝕性略優(yōu)于碳鋼,尤其是短期浸泡,這也表明,對(duì)于鋼鐵材料而言,其在海水中的腐蝕電位越正,其耐蝕性可能越好。
此外,試驗(yàn)中的純凈Q235和Q235鋼的穩(wěn)定腐蝕電位基本相同,由此可見,鋼的純凈化對(duì)其腐蝕電位無明顯影響,這也表明鋼中的氧、硫、磷、氫、氮等元素對(duì)腐蝕電位貢獻(xiàn)較小。超細(xì)晶鋼、微合金化鋼與X70、X80等低合金鋼的化學(xué)成分相近,它們之間的穩(wěn)定腐蝕電位也無明顯差別,亦即鋼的微合金化并對(duì)其腐蝕電位的影響不大。
結(jié)論
(1)鑄鐵、碳鋼和低合金鋼在海水中浸泡初期腐蝕電位變化迅速,隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)經(jīng)歷了“減小-增大-穩(wěn)定”過程,反映了材料在海水中“氧化膜破壞-銹層生成-銹層穩(wěn)定附著”變化過程;
(2)黑色金屬在青島和舟山海水中的穩(wěn)定電位序大致相同,合金元素含量較高的黑色金屬腐蝕電位正,而合金元素含量較低的黑色金屬穩(wěn)定電位負(fù);鋼的純凈化和微合金化對(duì)腐蝕電位無明顯影響;
(3)黑色金屬在青島和舟山海水中的穩(wěn)定電位值不同,黑色金屬在青島的穩(wěn)定電位負(fù),而在舟山的穩(wěn)定電位正。