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流動海水中銅鎳合金管材的沖刷腐蝕行為
  瀏覽次數(shù)：8379  發(fā)布時間：2018年01月08日 16:14:22
[導(dǎo)讀] 摘要:在自制的模擬人工海水管材沖刷腐蝕試驗機上進行沖刷腐蝕試驗僻族，研究了B10銅鎳合金管材在流動人工海水中的沖刷腐蝕行為粘驰。研究結(jié)果表明:當沖刷時間相同時，B10銅鎳合金管材腐蝕速率隨著水流速度的增加而變大述么，當模擬海水的流速達到3.0m/s后蝌数，腐蝕速率迅速增大且合金表面破壞嚴重，有蝕坑出現(xiàn)度秘。
摘要:在自制的模擬人工海水管材沖刷腐蝕試驗機上進行沖刷腐蝕試驗顶伞，研究了B10銅鎳合金管材在流動人工海水中的沖刷腐蝕行為。研究結(jié)果表明:當沖刷時間相同時剑梳，B10銅鎳合金管材腐蝕速率隨著水流速度的增加而變大唆貌，當模擬海水的流速達到3.0m/s后，腐蝕速率迅速增大且合金表面破壞嚴重垢乙，有蝕坑出現(xiàn)锨咙。流速不同時鈍化膜形成時間不同，當模擬海水的流速為1.5m/s時追逮，B10銅鎳合金管材初期的腐蝕速率高于后期酪刀，沖刷96h后開始形成鈍化膜;當模擬海水的流速為3.0m/s時，腐蝕速率達到最大钮孵，并且B10銅鎳合金管材在沖刷192h后才開始形成鈍化膜骂倘，但是鈍化膜很不穩(wěn)定，容易被破壞油猫。
 
關(guān)鍵詞:B10銅鎳合金管材;腐蝕速率;電化學(xué)阻抗
 
引言
B10銅鎳合金是國際上公認的耐海水腐蝕性能優(yōu)良的銅鎳合金，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的海洋工程中［1－3］柠偶。B10銅鎳合金不僅具有銅合金優(yōu)異的物理傳導(dǎo)性能情妖，而且在流動海水中耐腐蝕性能較好，抗生物污損性能優(yōu)良［4－5］诱担。國內(nèi)外對銅鎳合金腐蝕行為進行了廣泛的研究毡证。文獻［6］研究了在NaCl溶液中B10銅鎳合金的電化學(xué)腐蝕行為，認為B10銅鎳合金在流動海水中隨海水流速的增大蔫仙，陽極鈍化區(qū)范圍減小料睛，合金腐蝕受陽極反應(yīng)過程控制。文獻［7］研究表明:B10銅鎳合金在海水介質(zhì)中，表面會形成一層鈍化膜恤煞，從而阻止合金腐蝕反應(yīng)的進一步擴展屎勘，使合金的耐腐蝕性能提高。因此居扒，影響該鈍化膜的因素均會影響其耐蝕性［8－11］概漱。目前，針對B10銅鎳合金耐腐蝕性能的研究喜喂，主要集中在自然環(huán)境變量(如溫度瓤摧、pH值和鹽度等)對小試樣腐蝕過程的影響，但是對其在實際管流狀態(tài)下耐腐蝕問題的研究比較少玉吁。本文主要通過自制的模擬人工海水管材沖刷腐蝕試驗機照弥，研究流動海水中B10銅鎳合金管材的沖刷腐蝕情況。
 
1.試驗材料與方法
1.1.試驗材料
試驗采用國產(chǎn)B10銅鎳合金管材作為試樣进副，外徑12mm这揣，壁厚1mm，長80mm敢会。B10銅鎳合金管材的化學(xué)成分如表1所示曾沈。
表1 B10銅鎳合金管材的化學(xué)成分
試驗前，將試樣放在無水乙醇中用超聲波振蕩鸥昏，去除表面的雜質(zhì)和油污塞俱。試樣清洗干凈后，在120℃烘箱中干燥10min吏垮。采用FA2004N型分析天平(精度為0.1mg)稱量試樣試驗前的質(zhì)量障涯。試驗介質(zhì)為人工配制的海水。
 
1.2 試驗方法
將已經(jīng)處理好的試樣安裝在自制的管材沖刷試驗機上膳汪，設(shè)定流動海水的流速分別為1.5m/s唯蝶、2.0m/s、2.5m/s遗嗽、3.0m/s和3.5m/s粘我，沖刷時間分別為12h、24h痹换、48h征字、96h和192h。沖刷完成后用無水乙醇清洗試樣表面的雜質(zhì)娇豫。待試樣清洗干凈后匙姜，放入120℃的烘箱中干燥10min。將試樣在線切割機上切割成表面積(與海水接觸的部分)為1mm2的小試樣冯痢，對這些小試樣進行電化學(xué)測試和微觀腐蝕形貌的觀察氮昧。
在CHI660D型電化學(xué)工作站上框杜，通過三電極體系測試合金的電化學(xué)性能，飽和甘汞電極(saturatedcalomelelectrode袖肥，SCE)作為參比電極咪辱，石墨作為輔助電極，電解質(zhì)溶液為分析純試劑配制的人工海水昭伸，試驗溫度為室溫梧乘。交流阻抗譜的測試頻率為0.1Hz～100kHz，交流激勵信號幅值為5mV庐杨，線性極化掃描速率為5mV/s选调，開路電位(opencircuitpotential，OCP)測試時間為900s灵份。
通過JSM-5610型掃描電鏡觀察合金在不同條件下的微觀腐蝕形貌仁堪。
2.結(jié)果與分析
2.1腐蝕質(zhì)量損失與腐蝕速率
圖1為不同模擬海水流速下B10銅鎳合金管材隨沖刷時間變化的質(zhì)量損失圖。從圖1中可以看出:在流動海水流速相同的條件下填渠，隨著沖刷時間的延長弦聂，質(zhì)量損失是不斷增大的，這是由于整個試驗過程中合金的腐蝕反應(yīng)在持續(xù)進行氛什。在流動海水中莺葫，合金的表面會有一部分金屬因與溶液中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被沖走，也有一部分金屬通過化學(xué)反應(yīng)生成化合物附著于合金表面枪眉，從而在合金表面形成一層鈍化膜捺檬。鈍化膜能夠阻止腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，降低合金的腐蝕速率［12］贸铜。
在試驗的初始階段合金的質(zhì)量損失增長率較高堡纬，試驗后期質(zhì)量損失增長率降低，這是因為沖刷初期B10銅鎳合金管材是整個裸露在人工海水中的蒿秦，無任何保護措施烤镐，所以初期腐蝕得較快。但是隨著沖刷時間的延長棍鳖，合金的表面逐漸形成氧化膜層即鈍化膜炮叶，降低了合金表面陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的傳質(zhì)速度和電荷轉(zhuǎn)移速度，使得合金表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)的速率降低［13］渡处。圖2為不同模擬海水流速下B10銅鎳合金管材隨沖刷時間變化的腐蝕速率圖镜悉。從圖2可以看出:B10銅鎳合金管材在流速為3.0m/s時的腐蝕速率要比其余流速時的大，流速為1.5m/s時腐蝕速率最小骂蓖，所以選擇海水流速為1.5m/s和3.0m/s時的管材進行對比研究积瞒。
圖1川尖、B10銅鎳合金管材隨沖刷時間變化的質(zhì)量損失
 
圖2登下、B10銅鎳合金管材隨沖刷時間變化的腐蝕速率
 
2.2電化學(xué)測試
2.2.1動電位極化行為的變化
圖3為在流動人工海水中B10銅鎳合金管材隨沖刷時間變化的動電位極化曲線茫孔，其中，橫坐標為電流密度的對數(shù)被芳，縱坐標為電位滤祖。圖3a為B10銅鎳合金管材在流速為1.5m/s時足丢，沖刷不同的時間后動電位極化曲線。由圖3a可以看出:B10銅鎳合金管材在96h之前的腐蝕電位比較穩(wěn)定;當沖刷時間達到96h時，B10銅鎳合金管材的腐蝕電位升高深碱，此時形成了較為穩(wěn)定的腐蝕鈍化膜。圖3b為B10銅鎳合金管材在流速為3.0m/s的海水沖刷下的動電位極化曲線蔚龙，與圖3a不同的是正罢，在流速3.0m/s的海水沖刷192h后，腐蝕電位才升高趣兄，這說明在較高的流速下绽左，B10銅鎳合金管材的表面形成鈍化膜較晚。
圖3 艇潭、B10銅鎳合金管材隨沖刷時間變化的動電位極化曲線
 
2.2.2 交流阻抗譜的變化
圖4為在人工海水流速為1.5m/s和3.0m/s的條件下拼窥，B10銅鎳合金管材隨著沖刷時間的延長電化學(xué)阻抗的變化，其中蹋凝，橫坐標為阻抗的實部鲁纠，縱坐標為－1倍的阻抗虛部。從圖4a可以看出:人工海水流速為1.5m/s時鳍寂，隨著沖刷時間的延長改含，高頻區(qū)容抗弧的半徑增大，說明隨著沖刷時間的增加伐割，合金表面電荷轉(zhuǎn)移電阻是增大的候味。沖刷96h時，容抗弧半徑突然變大隔心，說明此時合金的表面已經(jīng)形成較為完整的鈍化膜層白群。從圖4b可以看出:人工海水流速為3.0m/s時，沖刷192h后硬霍，容抗弧半徑急劇增大帜慢，說明合金表面的電阻變大，腐蝕速率開始下降唯卖。
圖4 粱玲、B10銅鎳合金管材隨沖刷時間延長電化學(xué)阻抗的變化
 
2.3 微觀腐蝕形貌觀察
圖5為B10銅鎳合金管材在1.5m/s和3.0m/s流速下，隨著沖刷時間的延長拜轨，其微觀腐蝕形貌的掃描電鏡照片抽减。其中，圖5a和圖5b分別為流速1.5m/s和3.0m/s時橄碾，試樣在人工海水中沖刷12h后的微觀掃描照片卵沉。從圖5a和圖5b中可以看出:在流動海水中腐蝕12h后颠锉，合金表面經(jīng)砂紙打磨之后的打磨條紋依然清晰。圖5c為試樣在流速1.5m/s的海水中沖刷96h的表面微觀形貌史汗，從圖5c中可以看出:合金表面已經(jīng)形成較為完整的鈍化膜琼掠，此時的表面膜較為致密，孔隙率低停撞。圖5d為試樣在流速3.0m/s的海水中沖刷96h的表面微觀形貌瓷蛙，隨著沖刷時間的延長，合金表面已經(jīng)有腐蝕產(chǎn)物生成并附著戈毒，但腐蝕產(chǎn)物膜并不完整艰猬。圖5e為試樣在流速1.5m/s的海水中沖刷192h的表面微觀形貌，合金表面膜更加完整致密埋市。圖5f為試樣在流速3.0m/s的海水中沖刷192h的表面微觀形貌姥宝，此時合金表面打磨劃痕已經(jīng)消失，表面形成一層致密均勻的鈍化膜恐疲，能有效降低腐蝕反應(yīng)速率腊满。合金表面這一變化過程表明:當模擬海水的流速為1.5m/s時，銅鎳合金初期的腐蝕速率高于后期培己，沖刷96h后開始形成鈍化膜碳蛋。當模擬海水的流速為3.0m/s時，銅鎳合金腐蝕速率達到最大省咨，并且在沖刷192h后才開始形成鈍化膜肃弟，但是鈍化膜很不穩(wěn)定，容易被破壞零蓉。
圖5笤受、B10銅鎳合金管材微觀腐蝕形貌的掃描電鏡照片
 
3結(jié)論
(1)當沖刷時間相同時，B10銅鎳合金管材的腐蝕速率隨著人工海水流速的增加而變大敌蜂，但是當人工海水流速達到3.0m/s后箩兽，腐蝕速率迅速增大，合金表面破壞嚴重章喉，有蝕坑出現(xiàn)汗贫。
(2)流速不同時鈍化膜形成時間不同。當模擬海水的流速為1.5m/s時秸脱，B10銅鎳合金管材初期的腐蝕速率高于后期落包，沖刷96h后開始形成鈍化膜。當模擬海水的流速為3.0m/s時摊唇，B10銅鎳合金管材腐蝕速率達到最大咐蝇，并且在沖刷192h后才開始形成鈍化膜，但是鈍化膜很不穩(wěn)定巷查，容易被破壞有序。