NaCl普遍存在于各種腐蝕環(huán)境中如：海水、污水、土壤、海風(fēng)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(xué)測(cè)試方法研究在實(shí)驗(yàn)室條件下NaCl濃度以及浸泡時(shí)間對(duì)Q235鋼早期腐蝕行為的影響。

    試驗(yàn)

    1. 儀器

    PARSTAT 2273電化學(xué)工作站。

    2. 試樣

    工作電極材料為Q235鋼，化學(xué)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。

    結(jié)果與討論

    1. NaCl的影響

    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(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3.5%時(shí)，自腐蝕電位（Ecorr）隨溶液中NaCl量的增大而降低；NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%時(shí)，Ecorr明顯升高，達(dá)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(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3.5%時(shí)，自腐蝕電位隨溶液中NaCl量的增加而降低，更容易發(fā)生腐蝕；當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4.5%時(shí)，Ecorr反而增大，腐蝕傾向減弱。

    由表2可見，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%時(shí)，試樣腐蝕速率最大，當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5 %時(shí)，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(xiàn)為容抗弧，容抗弧的起點(diǎn)橫坐標(biāo)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(yīng)電阻的大小，NaCl濃度小于3.5 %時(shí)，容抗弧半徑逐漸減小，反應(yīng)電阻也逐漸減??；當(dāng)濃度為4.5 %時(shí)，容抗弧半徑明顯增大，反應(yīng)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(duì)各溶液濃度下的電化學(xué)阻抗進(jìn)行擬合，其等效電路圖如圖4所示，各元件的擬合結(jié)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(shù)據(jù)得出：隨著NaCl溶液濃度的增大，Rs逐漸減?。划?dāng)NaCl濃度小于3.5 %時(shí)，Rt逐漸減小，腐蝕速率增大，當(dāng)濃度大于3.5 %時(shí)，Rt增大，腐蝕速率減小；NaCl濃度為3.5 %時(shí)，Rt最小，腐蝕速率最大。

    綜合上述開路電位、Tafel曲線和電化學(xué)阻抗，得出Q235鋼在3.5 % NaCl溶液中最容易發(fā)生腐蝕，且腐蝕速率最大，電極表面反應(yīng)電阻最小。

    2. 浸泡時(shí)間的影響

圖5 Q235在3.5 wt %NaCl溶液中隨時(shí)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(shí)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(shí)，自腐蝕電位最負(fù)。

    由表4可見，試樣在3.5%NaCl溶液中浸泡24h時(shí)，腐蝕速率最大，之后隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖6 試樣在3.5 %NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間后的Nyquist圖

    由圖6可見：經(jīng)不同時(shí)間浸泡后，試樣在3.5 %NaCl溶液中，當(dāng)浸泡時(shí)間為24 h時(shí)，腐蝕速度達(dá)到最大值。

    對(duì)不同時(shí)間的電化學(xué)阻抗進(jìn)行擬合，其等效電路圖如圖4所示，對(duì)各元件的擬合結(jié)果如表5所示。表5種，Rs隨時(shí)間變化沒有出現(xiàn)很大的波動(dòng)；1 h時(shí)，Rt最大，腐蝕速率最小；24 h時(shí)，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。

    結(jié)論

    （1）試驗(yàn)條件下，當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%時(shí)，腐蝕最易發(fā)生，電極表面反應(yīng)電阻最小，腐蝕速率最大；當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3.5%時(shí)，Ecorr隨NaCl量的增大而減小，腐蝕更容易發(fā)生；Rt逐漸減小，Jcorr隨NaCl量的增大而增大，腐蝕加速；NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%時(shí)，Ecorr增大，腐蝕傾向變??；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(yīng)電阻隨時(shí)間變化而出現(xiàn)波動(dòng)；24 h時(shí)，腐蝕體系的自腐蝕電位最負(fù)，自腐蝕電流密度最大，腐蝕最快。

    （3）Q235鋼的測(cè)試結(jié)果隨時(shí)間變化而出現(xiàn)波動(dòng)的主要原因是隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，腐蝕產(chǎn)物積累附著在電極表面而對(duì)基體產(chǎn)生了一定的保護(hù)作用；然而腐蝕產(chǎn)物較疏松，在電極表面的附著力小，當(dāng)腐蝕產(chǎn)物稍有增長(zhǎng)即在重力作用下腐蝕產(chǎn)物從電極表面脫落，對(duì)基體失去保護(hù)作用，此時(shí)，反應(yīng)電阻減小，腐蝕速率增大。

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責(zé)任編輯：王元

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