氯离子对典型不锈钢材料腐蚀的EIS分析.pdf

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1、第41卷第1期化工机械51氯离子对典型不锈钢材料腐蚀的EIS分析8王磊料胡军郑茂盛余历军(西北大学化工学院)摘要以Alloy690、Alloy600和X803种典型的不锈钢材料为研究对象，利用电化学阻抗谱实验得到了3种材料在不同浓度的KCl溶液中的阻抗谱特性。实验表明Alloy690、Alloy600和X80的抗氯离子腐蚀性能依次降低，当氯离子含量比较少时，随着氯离子浓度的增加，腐蚀的倾向性逐步增加；但当氯离子含量超过一定值时，继续增加氯离子，腐蚀的倾向性反而会减小。R(QR)(QR)电路能够在各种情况下

2、较好地拟合阻抗谱数据，等效电路拟合后的数据表明：外层氧化膜的电阻相对较小，可能会含有可供溶液离子扩散的通道，具有非理想电容器特征；内层氧化膜的结构对材料的抗腐蚀性能影响明显，内层氧化膜阻值突然变小是由于电子通过费米能级从金属向氧化膜渗透。关键词腐蚀不锈钢交流阻抗谱中图分类号TQ050．9+l文献标识码A文章编号0254-6094(2014)0l-0051-06电化学阻抗谱(EIS)方法是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电化学测量方法，相比其他常规电化学方法，EIS会得到更多关于腐蚀动力学和电极界面结构

3、的信息。对腐蚀体系的电化学阻抗谱研究由来已久，并已取得了丰硕成果。安闻讯等研究了低合金钢腐蚀的电化学阻抗谱，认为在浸泡初期腐蚀受阳极活化过程的控制，随着腐蚀的加剧，电极表面形成由金属表面的锈层和附着腐蚀产物构成的致密腐蚀产物层，影响电极过程。Shim等研究了铜在水中的腐蚀行为，通过电化学阻抗谱的分析表明电荷转移阻力很大，且随着浸泡时间的延长电荷转移阻力快速增大。BetovaI等对Alloy690和316L的动力学过程进行了分析，并且得到了氧化膜转换过程的一些关键参数¨’2o。LixH等利用EIS分析了温度

4、和压力对Alloy690腐蚀动力学行为的影响规律¨。。HuangJB等分析了在高温水环境下，溶液的酸碱性对氧化膜电子结构的影响MJ。潘旭东和王向明简要论述了不锈钢腐蚀的机理和形态"j。安洋研究了工业循环冷却水中氯离子等重要离子对不锈钢点蚀行为的影响∞J。解群等研究了阳离子对316L不锈钢钝化膜耐蚀性能的影响"j。李劲等详细介绍了交流阻抗技术在复杂组织晶问腐蚀敏感性评价中的应用。8』。秦丽雁尝试采用电化学阻抗技术检测晶间腐蚀，初步分析了晶间腐蚀的电化学等效电路一。。HuJ等利用。EIS实验，分析了在钝态、亚

5、稳态和稳态情况下阻抗谱的特征，归纳了氧化膜随时间损伤的演化过程，并利用量子力学的相关知识解释腐蚀过程中的动力学曲线¨⋯。这些研究对腐蚀机理的微观理解尤其是腐蚀过程中氧化膜特性的转变都有举足轻重的意义。氯离子是影响可钝化金属腐蚀的关键因素，任爱等利用微观观测研究表明溶液中的Cl一能够影响腐蚀产物膜的结构，当溶液中不含有cl一时，腐蚀产物膜为双层结构，外层腐蚀产物为颗粒状，当溶液中含有C1一时，腐蚀产物膜具有单层结构¨“。但关于氯离子对腐蚀过程中电化学阻抗谱的变化规律研究}国家自然科学基金资助项目(51301

6、132)和高等学校博士点基金资助项目(20136101120009)。t。王磊，男，1987年1月生，硕士研究生。陕西省西安市，710069。52化工机械2014正并不多，LixH等探讨了在不同温度和不同压力下的电化学阻抗谱的变化规律‘引。笔者利用电化学阻抗谱法研究Alloy600、A1．10y690和X803种金属在不同浓度的KCl溶液中的腐蚀行为，验证关于氯离子对腐蚀影响的机理，探讨含氯离子腐蚀过程中的阻抗谱特性。1电化学阻抗谱实验设计实验材料选用耐腐蚀性较好的Alloy690、A1．10y600和X

7、80，3种材料的化学成分见表1。表1Alloy690、Alloy600和X80的化学成分用线切割机将材料加工为10mm×10mm×10mm的立方体，将导线和样品在一个面上点焊连接起来，留一个面作为测试表面，其余面用环氧树脂封装。等环氧树脂固化完全后，把测试表面依次用粒度为840．0、24．0、12．0、6．5斗m的砂纸打磨，然后用抛光机抛光，用蒸馏水冲洗干净，接着用烘干机烘干待用。KCl溶液是用工业纯试剂与蒸馏水配置而成，实验温度为25℃，测试采用Parstat2263电化学测试系统。测试按照经典三电极体

8、系设计，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，辅助电极为铂电极。交流阻抗谱的频率响应范围为10mHz～100kHz，交流激励信号幅值为5MV，KCI溶液浓度梯度为0．05、0．50、1．00、2．50、4．20mol／L。测试过程中将样品放在相应的溶液中极化600s使测试系统稳定。利用PowerSuite软件观察腐蚀曲线并导出数据进行拟合。2实验结果与讨论2．1Nyquist图分析3种金属的Nyquist图如图1所示，图1中横坐标