NaCl普遍存在于各種腐蝕環境中如:海水、污水、土壤、海風等,是鋼材腐蝕的重要影響因素。所以,今天我們就將通過電化學測試方法研究在實驗室條件下NaCl濃度以及浸泡時間對Q235鋼早期腐蝕行為的影響。
PARSTAT 2273電化學工作站。
工作電極材料為Q235鋼,化學成分為wc0.18%,wSi0.12%,wMn0.40%,ws0.02%,wp0.04%,余量為Fe。試樣尺寸為φ5mm的圓片試樣。
圖1 Q235鋼在不同濃度NaCl溶液中的開路電位曲線
由圖1和表1可見:NaCl質量分數低于3.5%時,自腐蝕電位(Ecorr)隨溶液中NaCl量的增大而降低;NaCl質量分數為4.5%時,Ecorr明顯升高,達到了-0.47V。
圖2 Q235鋼在不同濃度NaCl溶液中的Tafel曲線
由圖2可見:試樣在5種溶液中均出了活化溶解的腐蝕行為,當NaCl質量分數小于3.5%時,自腐蝕電位隨溶液中NaCl量的增加而降低,更容易發生腐蝕;當NaCl質量分數達到4.5%時,Ecorr反而增大,腐蝕傾向減弱。
由表2可見,NaCl質量分數為3.5%時,試樣腐蝕速率最大,當NaCl質量分數為4.5 %時,腐蝕速率明顯降低。
圖3 試樣在5種NaCl溶液中的Nyquist圖
圖3中,高頻部分表現為容抗弧,容抗弧的起點橫坐標表征了腐蝕體系的溶液電阻大小,可以看出5種溶液的溶液電阻值及其變化均很小。
容抗弧的半徑大小反映了電極表面反應電阻的大小,NaCl濃度小于3.5 %時,容抗弧半徑逐漸減小,反應電阻也逐漸減小;當濃度為4.5 %時,容抗弧半徑明顯增大,反應電阻增大。
圖4 不同濃度NaCl溶液中擬合阻抗譜的等效電路圖
利用ZSimpWin軟件對各溶液濃度下的電化學阻抗進行擬合,其等效電路圖如圖4所示,各元件的擬合結果如表3。其中Rs為溶液電阻,Q為常相位角元件,Rt為電荷傳遞電阻。
從表3中的擬合的各元件數據得出:隨著NaCl溶液濃度的增大,Rs逐漸減小;當NaCl濃度小于3.5 %時,Rt逐漸減小,腐蝕速率增大,當濃度大于3.5 %時,Rt增大,腐蝕速率減小;NaCl濃度為3.5 %時,Rt最小,腐蝕速率最大。
綜合上述開路電位、Tafel曲線和電化學阻抗,得出Q235鋼在3.5 % NaCl溶液中最容易發生腐蝕,且腐蝕速率最大,電極表面反應電阻最小。
2. 浸泡時間的影響
圖5 Q235在3.5 wt %NaCl溶液中隨時間變化的Tafel曲線
由圖5可見:試樣在3.5 %NaCl溶液浸泡不同時間后的極化曲線形狀基本相同,各腐蝕過程類似,浸泡24 h時,自腐蝕電位最負。
由表4可見,試樣在3.5%NaCl溶液中浸泡24h時,腐蝕速率最大,之后隨著浸泡時間的延長呈現上升趨勢。
圖6 試樣在3.5 %NaCl溶液中浸泡不同時間后的Nyquist圖
由圖6可見:經不同時間浸泡后,試樣在3.5 %NaCl溶液中,當浸泡時間為24 h時,腐蝕速度達到最大值。
對不同時間的電化學阻抗進行擬合,其等效電路圖如圖4所示,對各元件的擬合結果如表5所示。表5種,Rs隨時間變化沒有出現很大的波動;1 h時,Rt最大,腐蝕速率最小;24 h時,Rt最小,腐蝕速率最大,48 h~96 h,Rt值逐漸減小,腐蝕速率增大。
(1)試驗條件下,當NaCl質量分數為3.5%時,腐蝕最易發生,電極表面反應電阻最小,腐蝕速率最大;當NaCl質量分數小于3.5%時,Ecorr隨NaCl量的增大而減小,腐蝕更容易發生;Rt逐漸減小,Jcorr隨NaCl量的增大而增大,腐蝕加速;NaCl質量分數為4.5%時,Ecorr增大,腐蝕傾向變小;Rt增大,Jcorr增大,腐蝕速率變大。
(2)Q235鋼的腐蝕電流密度和表面反應電阻隨時間變化而出現波動;24 h時,腐蝕體系的自腐蝕電位最負,自腐蝕電流密度最大,腐蝕最快。
(3)Q235鋼的測試結果隨時間變化而出現波動的主要原因是隨著腐蝕反應的進行,腐蝕產物積累附著在電極表面而對基體產生了一定的保護作用;然而腐蝕產物較疏松,在電極表面的附著力小,當腐蝕產物稍有增長即在重力作用下腐蝕產物從電極表面脫落,對基體失去保護作用,此時,反應電阻減小,腐蝕速率增大。
