低合金鋼在模擬海洋低溫環境下的電偶腐蝕的實驗方法

海洋材料因其性能的優異性被廣泛應用于海洋科技與工程裝備的開發中，但海洋材料的腐蝕是影響其應用的突出問題。雖然對海洋材料腐蝕問題已有較多的經驗積累，但對于多電極電偶對的電偶腐蝕防護仍存在許多未解決的問題。例如，海洋裝備在海水電解質中，金屬連接件會因保護方法的失效面臨更大的電偶腐蝕風險。

目前，研究重點集中在雙金屬偶對的電偶腐蝕，并構建了相對完善的數學模型，只需應用相關的電化學參數就可計算電偶電位與電偶電流。除了雙金屬偶對，實際工程應用中也廣泛存在復雜金屬偶對。例如，螺栓，墊片與基材之間，熔覆焊料、熱影響區與金屬焊接件之間，多種材料組成的海水冷卻器，深潛器多材料殼體等。在金屬連接處常采用絕緣法蘭、墊片、涂層防護等防護措施，但隨著服役時間的增加，防護手段的有效性下降甚至失效，從而增大了結構件之間存在的三金屬甚至多金屬的電偶腐蝕風險。

因此，越來越多的研究人員逐漸意識到對復雜電偶腐蝕研究的重要性。杜敏等[21]通過失重測量對比碳鋼/工業純鈦/海軍黃銅構成的三金屬偶對發現，體系中碳鋼為陽極，腐蝕加速，工業純鈦與海軍黃銅均作為陰極而腐蝕減緩。但是該研究僅通過失重方法來判斷了三金屬偶對陰陽極的極性。Shi 等[22]研究了腐蝕性介質 pH 對 2024 合金/Q235 鋼/304 不銹鋼復雜三金屬體系電偶腐蝕的影響。研究表明：除了 Q235 鋼在酸性溶液中電偶腐蝕的初始階段起陽極作用外，2024 合金總是在不同 pH 的 4 種 NaCl 溶液中充當唯一的陽極，并且在堿性溶液中的電偶腐蝕最嚴重，但由于腐蝕產物的積累，其電流密度隨浸入時間的延長 而降低。張曉梅[23]等在研究了不同溫度下 B10 和硅黃銅之間的電偶腐蝕行為，表明電偶腐蝕效應及電偶腐蝕敏感度隨著溫度的降低而降低。李淑英等[24]研究了碳鋼/紫銅在 NaCl 溶液中的電偶腐蝕行為，發現溫度對電偶電流的影響十分顯著。

目前復雜偶對的電偶腐蝕研究都是針對高電位差的金屬偶對，但實際工程維修中往往會使用同一類型不同牌號的金屬材料進行修補，同一類材料不同牌號之間也存在較低的電位差(<60mV)，同樣存在發生電偶腐蝕的風險。文獻[25-27]對低合金鋼之間的電偶腐蝕進行相關研究表明，低合金鋼之間也存在電偶腐蝕風險，但未深入研究電偶腐蝕效應對陽極金屬腐蝕歷程的影響。，因此探究低電壓差多電極體系的電偶腐蝕具有重要的工程意義。本文以3種低合金高強鋼907A/921A/980構成三相電偶對為研究對象，在實驗室模擬低溫海水環境下測定溫度對其電偶腐蝕行為的影響，為海洋裝備的設計和制造提供相關的理論信息，減少海洋環境下電偶腐蝕的風險。

實驗所選材料為907A鋼、921A鋼和980鋼，成分如表1所示。試樣在背面焊接銅導線后用環氧樹脂封裝，保留工作面積為20mm×40mm與1cm2，分別用于腐蝕形貌觀察和電化學測試，密封電極確保電極工作面四周沒有氣泡和縫隙。待完全固化，將兩種尺寸的試樣工作面用金剛石砂紙逐級打磨至1000號并用拋光布拋光，然后用丙酮脫脂并用無水乙醇清洗，放入干燥箱中晾干備用。

將三金屬電偶腐蝕試樣按圖1a所示方式放置于電解池中。電解質溶液采用ASTMD1141-98(2013)規定的人工海水，每3d更換一次。控制電解池嵌套內溶液溫度使電解液分別保持在0℃、10℃、20℃，保持溶液中的含氧量為5.0mg/L。電偶腐蝕前的24h內，分別在2、4、8、12和24h測試電偶電位和電偶電流，后續7d內，每天測試一次。

電偶腐蝕實驗前后，分別采用MultiAutolabM204電化學工作站進行電化學阻抗譜和極化曲線的測量。極化曲線和電化學阻抗譜測試均采用三電極體系，飽和甘汞電極(R232)電極，鉑電極作為對電極。極化曲線測試時首先測試工作電極的開路電位60s，隨后進行動電位極化測試，掃描速度為1mV/s，掃描范圍相對于開路電位±300mV。電化學阻抗譜擾動信號為±10mV，頻率范圍為100K～10mHz，對數掃頻，并采用擬合電路對數據進行分析。

腐蝕實驗結束后參考國家標準GB/T15545-2015去除腐蝕產物，采用PX2202ZH天平測量失重(精度為0.0001g)。腐蝕形貌采用Sigma500型掃描電子顯微鏡進行觀察，觀察電壓為5KV。孔蝕深度采用VK-X250K激光共聚焦顯微鏡測量。

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