NaCl普遍存在于各种腐蚀环境中如:海水、污水、土壤、海风等,是钢材腐蚀的重要影响因素。所以,今天我们就将通过电化学测试方法研究在实验室条件下NaCl浓度以及浸泡时间对Q235钢早期腐蚀行为的影响。
PARSTAT 2273电化学工作站。
工作电极材料为Q235钢,化学成分为wc0.18%,wSi0.12%,wMn0.40%,ws0.02%,wp0.04%,余量为Fe。试样尺寸为φ5mm的圆片试样。
图1 Q235钢在不同浓度NaCl溶液中的开路电位曲线
由图1和表1可见:NaCl质量分数低于3.5%时,自腐蚀电位(Ecorr)随溶液中NaCl量的增大而降低;NaCl质量分数为4.5%时,Ecorr明显升高,达到了-0.47V。
图2 Q235钢在不同浓度NaCl溶液中的Tafel曲线
由图2可见:试样在5种溶液中均出了活化溶解的腐蚀行为,当NaCl质量分数小于3.5%时,自腐蚀电位随溶液中NaCl量的增加而降低,更容易发生腐蚀;当NaCl质量分数达到4.5%时,Ecorr反而增大,腐蚀倾向减弱。
由表2可见,NaCl质量分数为3.5%时,试样腐蚀速率最大,当NaCl质量分数为4.5 %时,腐蚀速率明显降低。
图3 试样在5种NaCl溶液中的Nyquist图
图3中,高频部分表现为容抗弧,容抗弧的起点横坐标表征了腐蚀体系的溶液电阻大小,可以看出5种溶液的溶液电阻值及其变化均很小。
容抗弧的半径大小反映了电极表面反应电阻的大小,NaCl浓度小于3.5 %时,容抗弧半径逐渐减小,反应电阻也逐渐减小;当浓度为4.5 %时,容抗弧半径明显增大,反应电阻增大。
图4 不同浓度NaCl溶液中拟合阻抗谱的等效电路图
利用ZSimpWin软件对各溶液浓度下的电化学阻抗进行拟合,其等效电路图如图4所示,各元件的拟合结果如表3。其中Rs为溶液电阻,Q为常相位角元件,Rt为电荷传递电阻。
从表3中的拟合的各元件数据得出:随着NaCl溶液浓度的增大,Rs逐渐减小;当NaCl浓度小于3.5 %时,Rt逐渐减小,腐蚀速率增大,当浓度大于3.5 %时,Rt增大,腐蚀速率减小;NaCl浓度为3.5 %时,Rt最小,腐蚀速率最大。
综合上述开路电位、Tafel曲线和电化学阻抗,得出Q235钢在3.5 % NaCl溶液中最容易发生腐蚀,且腐蚀速率最大,电极表面反应电阻最小。
2. 浸泡时间的影响
图5 Q235在3.5 wt %NaCl溶液中随时间变化的Tafel曲线
由图5可见:试样在3.5 %NaCl溶液浸泡不同时间后的极化曲线形状基本相同,各腐蚀过程类似,浸泡24 h时,自腐蚀电位最负。
由表4可见,试样在3.5%NaCl溶液中浸泡24h时,腐蚀速率最大,之后随着浸泡时间的延长呈现上升趋势。
图6 试样在3.5 %NaCl溶液中浸泡不同时间后的Nyquist图
由图6可见:经不同时间浸泡后,试样在3.5 %NaCl溶液中,当浸泡时间为24 h时,腐蚀速度达到最大值。
对不同时间的电化学阻抗进行拟合,其等效电路图如图4所示,对各元件的拟合结果如表5所示。表5种,Rs随时间变化没有出现很大的波动;1 h时,Rt最大,腐蚀速率最小;24 h时,Rt最小,腐蚀速率最大,48 h~96 h,Rt值逐渐减小,腐蚀速率增大。
(1)试验条件下,当NaCl质量分数为3.5%时,腐蚀最易发生,电极表面反应电阻最小,腐蚀速率最大;当NaCl质量分数小于3.5%时,Ecorr随NaCl量的增大而减小,腐蚀更容易发生;Rt逐渐减小,Jcorr随NaCl量的增大而增大,腐蚀加速;NaCl质量分数为4.5%时,Ecorr增大,腐蚀倾向变小;Rt增大,Jcorr增大,腐蚀速率变大。
(2)Q235钢的腐蚀电流密度和表面反应电阻随时间变化而出现波动;24 h时,腐蚀体系的自腐蚀电位最负,自腐蚀电流密度最大,腐蚀最快。
(3)Q235钢的测试结果随时间变化而出现波动的主要原因是随着腐蚀反应的进行,腐蚀产物积累附着在电极表面而对基体产生了一定的保护作用;然而腐蚀产物较疏松,在电极表面的附着力小,当腐蚀产物稍有增长即在重力作用下腐蚀产物从电极表面脱落,对基体失去保护作用,此时,反应电阻减小,腐蚀速率增大。
