金属在海水中的腐蚀电位研究

第21卷第1期2000年1月

腐蚀与防护

CORRO S I ON &PRO T ECT I ON

V o l . 21　N o. 1

Jan . 2000

试验与研究

金属在海水中的腐蚀电位研究

黄桂桥

(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所　青岛266071)

Ξ

摘　要　获得了38种金属在天然海水中浸泡180d 的腐蚀电位数据, 列出了它们在海水中的腐蚀电位序, 讨论了金属材料在海水中的腐蚀电位特性, 分析了它们在海水中的腐蚀电位与耐蚀性的关系。结果表明, 钝化能力强的金属, 其腐蚀电位随浸泡时间变化较大、电位稳定时间较长; 非钝化金属和钝化能力弱的金属则相反。对铝合金来说, 初始电位、稳定电位较负, 其耐蚀性较好; 反之则较差。对不锈钢来说, 稳定电位较正, 其耐蚀性较好; 反之则较差。

主题词　金属　海水　腐蚀电位　耐蚀性

STU D Y O F TH E CO RRO S I ON PO T EN T I AL O F M ETAL S I N SEAW A T ER

Huang Gu iq i ao

(Q ingdao R esearch Institute fo r M arine Co rro si o in , Q ingdao 266071)

Abstract 　Co rro si on po tential data of 38m etallic m aterials i m m ersed in seaw ater obtained . Galvanic

series and the stable co rro si on po tential of the m etals in seaw w . characters and relati onsh i p betw een the co rro si on po tential and co rro si of m .

T he co rro sin

po tential of m etals that had h igh passivati on ith ti m e and the ti m e fo r the po tential to becom e stable w as ; non etals w h ich had poo r passivati on capability , the situati on is . w h negative initial po tential and stable po tentiasl w ere co rro si on h inium w h ich had relatively po sitive initial po tential and stable po tential w ere no t co rro si on . steels that had relatively po sitive stable po tential w ere co rro si on resistant , w h ile stainless steels that had relatively negative stable po tential w ere no t co rro si on resistant .

Keywords 　M etal 　Seaw ater 　Co rro si on po tential 　Co rro si on resistance

1　引　言

金属的海水腐蚀电位是研究它在海水中腐蚀与防护的基本参数之一。金属海水腐蚀电位测定, 尤其是腐蚀电位2时间曲线测定在研究金属的海水腐蚀行为以及分析腐蚀过程时具有重要意义。本研究工作是在获得了金属材料在海水中暴露1、2、4、8a 的腐蚀结果之后进行的。其中部分材料在海水中的腐蚀结果已发表[1～3]。本文给出了38种金属材料在天然海水中浸泡180d 的腐蚀电位数据和部分材料的腐蚀电位2时间曲线, 列出了它们在海水中的腐蚀电位序, 讨论了金属材料在海水中的腐蚀电位特性, 分析了它们在海水中的腐蚀电位与耐蚀性的关系。

(3种) 和钛合金(2种) 等共38种。纯锌的Zn 含量

2　试验方法

试验材料包括纯锌、铝合金(9种) 、碳钢低合金钢(6种) 、铜合金(10种) 、不锈钢(7种) 、镍基合金

Ξ

为99. 99%; 铝合金、铜合金和不锈钢的化学成分分

别见参考文献1～3; 其它材料的化学成分符合国家标准或相关标准。试样均取自供货状态的板材。试样尺寸100mm ×30mm , 工作尺寸70mm ×30mm , 每种材料3个平行样。锌、碳钢、低合金钢试样为机加工表面, 粗糙度为3. 2Λm ; L Y 12CZ 、L C 4CS 试样经酸洗去除包铝层; 其他试样保持原轧制表面。试样制备及表面油污处理符合国家标准GB 5776286。

试验地点在青岛小麦岛, 即北纬36°03′, 东经120°25′, 试验期间海水温度2. 0～26. 6°C , 溶解氧浓度4. 6～7. 6mL 盐度约为32‰, pH 8. 2左右。海L 。水平均流速0. 1m s 。试样与防水导线焊接, 用环氧树脂浇灌焊线端, 固定在试验框内。框四周包围180目尼龙网, 避免试样表面生长宏观海生物。试样浸泡在水下0. 5m 处。以A g A gC l 电极作参比电极。浸泡1、5、10d 各测一次腐蚀电位, 以后每10d 测一次,

国家自然科学基金资助项目号

59899140

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黄桂桥:

金属在海水中的腐蚀电位研究

连续测量180d 。以三个平行样的腐蚀电位平均值作为材料的腐蚀电位, 绘出腐蚀电位E 2时间t 曲线。浸泡1d 的腐蚀电位作为初始电位; 一般来说, 金属材料的海水腐蚀电位在浸泡初期变化较大, 一段时间后, 电位趋于相对稳定, 这一时间称为电位稳定时间, 趋于稳定后各测量点腐蚀电位的平均值作为稳定电位。按稳定电位从负到正排列, 即得到试验金属材料在海水中的腐蚀电位序。

3　试验结果和讨论

试验材料在海水中的腐蚀电位序和电位数据列于表1。图1绘出了部分试验材料的E 2t 曲线。图、表中电位数据均为以A g A gC l 电极作参比的数值。3. 1　腐蚀电位序

金属在海水中的腐蚀电位与金属的材质、环境条件、腐蚀状态等有关。因此, 不同研究者测量的金属海水腐蚀电位序和电位值都存在一些差别。表1中金属的稳定电位序与托马晓夫[4]给出的电位序基本一致。锌、铝合金、钢的腐蚀电位值与文献[4]的接近, 其它金属材料的腐蚀电位则相差0. 1～0. 33. 2(1) 1a 所示。, 20d 后腐蚀电位达到稳定。它的稳定电位为_1. 00V (相对于A g A gC l 电极, 下同) , 在试验的金属中, 锌的稳定电位最负。与其它金属材料耦合, 它作为电偶的阳极能保护其它金属。锌及合金作为牺牲阳极在海水中得到广泛的应用。

(2) 铝合金　根据铝合金在海水中的腐蚀电位数据和E 2t 曲线(见图1a ) 的形状, 可以把铝合金分成3类:①初始电位较正, 电位随时间的变化变化较小, 电位稳定时间较短, 稳定电位较正。这一类铝合金有L Y 12CZ 、L C 4CS 。②初始电位较负, 电位随时间变正, 电位稳定时间较长, 稳定电位较负。这一类铝合金是180YS 、L F 6M 、L F 3M 、L F 21M 、

③初始电位、稳定时间、稳定L F 2Y 2等5种防锈铝。

电位在前两类之间。这一类铝合金包括L 4M 、LD 2CS 。

试验的9种铝合金在海水中的腐蚀结果表明, L Y 12CZ 、L C 4CS 的耐蚀性很差, L 4M 、LD 2CS 较差, 防锈铝较好[1]。可以看出, 铝合金在海水中的腐蚀电位与耐蚀性有良好的对应关系。初始电位、稳定电位较负的铝合金耐蚀性较好, 初始电位、稳定电位较正的铝合金耐蚀性较差。测定海水腐蚀电位可确

定它的相对耐蚀性。

(3) 碳钢和低合金钢　碳钢和低合金钢的E 2t 曲线形状相同, 如图1b 所示。碳钢和低合金钢在海水中浸泡后, 腐蚀电位随时间向正变化, 但变化较小, 40～50d 达到稳定。试验的碳钢和低合金钢中, 碳钢的稳定电位最负, 为-0. 66V , 低合金钢921的稳定电位最正, 为-0. 59V , 两者相差达70mV 。如果碳钢和低合金钢在海水中组合不当, 可引起严重的电偶腐蚀

。

(a )

(b )

钢和不锈钢

(c ) 铜合金、镍基合金和钛合金

图1　金属海水腐蚀电位2时间曲线

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黄桂桥:金属在海水中的腐蚀电位研究

表1　金属材料在海水中的腐蚀电位序和电位数据

材料牌号

Zn 180YS L F 6M L F 3M L F 21M L F 2Y 2L 4M LD 2CS L C 4CS 3C 14M n M oN bB 09M nN b L Y 12SZ 94510C r M oA l

9212C r 13F 1793H Sn 6221

稳态腐蚀电位 V

_1. 00_0. 87_0. 82_0. 78_0. 70_0. 70_0. 69_0. 68_0. 67_0. 66_0. 65_0. 64_0. 62_0. 62_0. 62_

0. 59_0. 44_0. 22_. 电位稳定时间 d

[***********][**************]5初始电位

V _1. 01_1. 07_1. 09_1. 10_0. 96_1. 12_0. 85_0. 74_0. 65_0. 72_0. 72_0. 72_0. 63_0. 69_0. 67_0. 66. 材料牌号

H Sn 7021H 68HM n 5822QBe 2HA 17722Q Si 3211C r 18N i 9T i 00C r 19N i 10

T 2BFe 102121BFe 302121Inco lloy C 800M onel 400000C r 18M o 2

TA 5H S 23HR S 22

稳态腐蚀电位 V

_0. 21_0. 20_0. 20_0. 20_0. 19_0. 18_0. 13_0. 12_0. 10_0. 07_0. 07_0. 02+0. 02+0. 12. . . 38+0. 40+0. 42

电位稳定时间 d

[***********][***********]09090

初始电位

V _0. 26_0. 26_0. 25_0. 25_0. 27_0. 26+0. 03+0. 01_0. 25_0. 14_0. 20_0. 26_0. 11+0. 16_0. 09_0. 22_0. 09+0. 12+0. 15

　3相当于00T 　　(4) , B Fe 102121、B Fe 302121的初始电位较正, 分别为-0114V 和-0120V , 其它铜合金的初始电位为-0125～-0127V 。T 2、B Fe 102121、B Fe 302121的稳定电位较正, 为-0107～-0110V , 其它铜合金的稳定电位为-0118～-0121V 。铜合金在海水中的电位稳定时间在40～60d 。图1c 给出了T 2、H Sn 7021和B Fe 302121的E 2t 曲线。

(5) 不锈钢　不锈钢在海水中的稳定电位、电位稳定时间相差较大, E 2t 曲线形状相差也较大, 如图1b 所示。2C r 13的稳定电位较负, 为-0144V , 两种双相不锈钢HR S 22、HR S 23的稳定电位在试验的材料中是最正的, 为+0142V 和+0140V , 2C r 13与

2C r 13、HR S 22、HR S 23的稳定电位相差018V 以上。

1C r 18N i 9T i 的电位稳定时间短, 为15d , 其它不锈钢的稳定时间为50～90d 。

试验的不锈钢中, 双相不锈钢HR S 22和HR S 23在海水中的耐蚀性最好, 其它5种不锈钢的耐蚀顺序为:000C r 18M o 2、00C r 19N i 10、1C r 18N i 9T i 、

2C r 13[3]。可以看出, 不锈钢在海水中的稳定F 179、

电位的正负顺序与它们的耐蚀性顺序一致。稳定电位较正的不锈钢, 其耐蚀性较好; 稳定电位较负的不

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锈钢, 其耐蚀性较差。

(6) 镍基合金　H astelloy C 在海水中浸泡后, 电位很快正移, 稳态腐蚀电位较正, 为+0136V 。Inco lloy C 800、M onel 400的腐蚀电位随时间的变化变化较小, 稳态腐蚀电位接近, 为-0102V 和+0102V 。镍基合金在海水中的电位稳定时间均较长, 为90～110d 。

(7) 钛合金　2种钛合金在海水中的腐蚀电位随时间的变化变化较大, 电位稳定时间为100d 。它们的稳定电位都较正, TA 5为+0131V , TA 2+0138V 。钛合金在海水中完全耐蚀。

综上所述, 钝化能力强的金属, 如钛合金、防锈铝、HR S 22、HR S 23和H astelloy C 等, 腐蚀电位随时间的变化变化较大、电位稳定时间较长。而非钝化金属和钝化能力弱的金属, 如锌、钢、铜合金及L C 4CS 、L Y 12CZ 和2C r 13等, 腐蚀电位随时间变化较小、电位稳定时间较短。

金属的海水腐蚀电位与金属的腐蚀状态及海水环境条件变化有关。对非钝性金属来说, 腐蚀在整个表面上进行, 表面生成一层腐蚀产物(锈层) , 腐蚀状态较快地达到稳定。环境因素变化对它的腐蚀状态影响较小。因此, 它的腐蚀电位随时间变化小, 电位

黄桂桥:金属在海水中的腐蚀电位研究

达到相对稳定的时间较短。

钝化能力强的金属浸泡在海水中, 在空气中形成的钝化膜随着时间增厚, 钝性增强, 电位随时间向正变化, 电位达到相对稳定的时间较长。它的腐蚀状态变化较大。如某些点的钝化膜发生破坏, 但遭到破坏的钝化膜很快得到修补。这一过程会引起电位的较大波动。环境条件变化对钝化能力强的金属的电位影响也较大。因此, 钝化能力强的金属电位变化较大。

钝性能力弱的金属浸泡在海水中, 钝化膜容易遭到破坏, 而建立起活化2钝化腐蚀电池, 腐蚀状态较快地达到稳定。因此, 它们的电位趋于稳定时间较短, 电位随时间的变化变化较小。

铝合金和不锈钢都是钝性金属, 但前面的讨论表明, 铝合金和不锈钢的耐蚀性好坏与腐蚀电位的正负顺序刚好相反。这是由于它们加入的合金元素所起的作用不同造成的。

对不锈钢来说, 提高C r 含量、加入N i 、M o 元素, 或降低C 含量, 能增强不锈钢的钝化能力, 并提高不锈钢的耐海水腐蚀性能。锈钢海水腐蚀电位较正。这与耐蚀性较差”铝的强度。通常加入的元素有M g 、M n 、Cu 、Zn 、Si 等。M g 、Zn 使铝的腐蚀电位负移, Cu 使铝合金的腐蚀电位正移。M g 、M n 能提高铝的耐蚀性, Zn 的影响较小, Si 对铝的耐蚀性有较小的损害, Cu 则大大恶化铝合金的耐蚀性。对铝合金的腐蚀电位及耐蚀性影响最大的是Cu 元素的含量。通常, 防锈铝的

[5]

硬铝和超硬Cu 含量最高限量为011%; 而锻铝、

铝的Cu 含量都较高。在试验的铝合金中, LD 2CS 的

Cu 含量为0121%, L C 4CS 、L Y 12CZ 的Cu 含量分别为1149%和4159%[1]。因此, 一般来说, 初始电

位、稳定电位较负的铝合金耐蚀性较好; 初始电位、稳定电位较正的铝合金耐蚀性较差。

4　结　论

(1) 钝化能力较强的金属在海水中的腐蚀电位

随时间变化较大; 非钝化金属和钝化能力弱的金属的腐蚀电位变化较小。

(2) 钝化能力强的金属在海水中的腐蚀电位趋于稳定的时间较长; 非钝化金属和钝化能力弱的金属电位趋于稳定的时间较短。

(3) 初始电位、稳定电位较负的铝合金耐蚀性较好; 初始电位、稳定电位较正的铝合金耐蚀性较差。

(4) 好。

参　考　文　献

1　黄桂桥1腐蚀科学与防护技术, 1998, 10(3) :150～1542　黄桂桥等1材料保护, 1997, 30(2) :7～93　黄桂桥1腐蚀与防护, 1999, 20(9) :392～394

4　H 1 1托马晓夫等1华保定等译1金属腐蚀及其保护的

理论1北京:中国工业出版社, 19641317

5　安继儒等1中外常用金属材料手册1西安:交通大学出

版社, 1990160收稿日期:1999205219

(上接第7页)

况。他认为许多环境因子之间又是互相关联互相影

响的, 如SO 2浓度、降盐浓度、酸雨、液膜存在时间

相对湿度、温度和风速等因子。考虑不同因子TOW 、

的贡献建立了不同的模型。

Co le 引用了蔡建平利用人工神经网络在大气腐蚀唯象模型方面的工作, 指出这是一个非常新的领域。人工神经网络方法有利于处理多因素的复杂交互作用, 容易实现从一套数据到另一套数据的过渡, 但这种方法仍受到输入数据的限制, 不能处理源

数据组中未包括的效应。

可以看出, 虽然在发展可靠的大气腐蚀预测方法方面已取得了很大进展, 今后还有许多工作要做。

不仅要发展寿命预测模型而且要研究作为模型基础的微气候和材料响应方面的信息, 例如影响沉降和表面质点滞留的因素、表面对环境化学 电化学反应集成的模型和适用的寿命预测模型公式都尚有待说明和确定。

作者在成文过程中与李瑛、董俊华、王振尧和郑玉贵博士在相关领域的专业问题上进行过十分有益的讨论, 仅致谢意。

收稿日期:1999212206

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