分析碳鋼/Ti和碳鋼/Ti/海軍黃銅在海水中的電偶腐蝕

作為一種耐蝕材料，Ti愈來愈廣泛地應用在許多關鍵生產設備中，如凝汽器。但是隨之而來，與其它耐蝕性較差的材料如不銹鋼、Cu、碳鋼等制成的設備、管道等相接觸,造成的電偶腐蝕問題引起了愈來愈多的關注。影響電偶對陽極腐蝕速率的因素較為復雜，除了與組成電偶對陽極材料本身性質(包括偶接前金屬的腐蝕電勢、腐蝕電流、極化性能等)有關外，陽極溶解速率還受到陰/陽極面積比以及電解質溶液成分、溫度和流速等因素的影響。對于碳鋼和Ti電偶腐蝕規律的研究，已有文獻報道,但主要集中于陰/陽極面積比值較小、常溫、靜止的情況，未見有陰/陽極面積比為較大值時電偶腐蝕情況的報道。

本文選取Q235B碳鋼、國產純Ti(TA2)和海軍黃銅為實驗材料，測定了其在海水中的極化曲線，同時測量了這三種金屬的自腐蝕電位和腐蝕速率；研究了碳鋼/Ti和碳鋼/Ti/海軍黃銅在海水中的電偶腐蝕規律，著重討論了陰/陽極面積比對電偶陽極腐蝕速率的影響。

1、實驗方法

實驗材料選用國產工業純Ti(TA2)、Q235B碳鋼和海軍黃銅,分別加工成不同的尺寸，實驗前用環氧樹脂封樣,留出實驗要求的工作面積經水磨砂紙打磨至500#,水洗，丙酮除油,吹干，待用。每組3個平行試樣，除注明外,其余實驗在室溫、靜置條件下進行.實驗包括每個樣品開路電位的測定和樣品失重測量，實驗周期為10d。實驗儀器分別為上海產PZ91四位半高內阻數字電壓表和萬分之一的電子天平。

2、結果與討論

2.1、三種金屬材料的自然腐蝕

由3種金屬材料在海水中的極化曲線測試結果可知,碳鋼的腐蝕速率最大(平均為147.7 mg/(m2'.h)),海軍黃銅次之(平均為81.2 mg/(m2.h)),而Ti在海水中的腐蝕速率為0.312 mg/(m2.h),顯示出極強的耐腐蝕能力,碳鋼的自腐蝕電位穩定在- 774.0 mV左右,海軍黃銅的自腐蝕電位穩定在- 243.5 mV左右, Ti的自腐蝕電位則穩定在-60mV左右.碳鋼和T之間的自腐蝕電位差超過700 mV,看起來它們之間存在很大的驅動電壓，但實際的驅動電壓是兩種金屬相互偶接時的電位差。

2.2、TI/碳鋼電偶對電偶腐蝕

圖2是不同陰/陽極面積比時的Eg、Ig的變化值,其中圖2b為面積比為1~ 50的局部放大圖.可見,Ti/碳鋼電偶對的電偶電位非常接近碳鋼的自腐蝕電位,隨面積比的增加,電偶電位稍有正移.但正移范圍較小，這與Ti強極化性的特點有關.而Ig隨陰/陽極面積比的增大明顯增大.在面積比值較小的范圍內，I。隨陰/陽極面積比的增大而線性增大;當陰/陽極面積比增大到一定數值(約為500)時, Ig隨陰/陽極面積比的增大趨勢減緩.而Eg的變化幅度也在大于該面積比值時變緩，同樣的結論在失重實驗中也得到了驗證.圖3是Ti/碳鋼電偶對面積比與陽極失重速率關系曲線,圖3b是電偶對面積比為1~ 50的局部放大圖.可見,隨者Ti/碳鋼面積比的增加.陽極的失重速率不斷增大，但在陰/陽極面積比值較小范圍內失重速率的增大與面積比成線性關系;當面積比> 500時，陽極的失重速率的變化趨勢有所變緩,這與大陰極對小陽極產生的極化范圍有關.由此可推斷,陽極的腐蝕速率隨著陰/陽極面積比的增大,將會有一個極限值。

圖4是不同面積比時根據Ig和Eg的變化值繪制的動態極化曲線，與圖1的極化曲線相比，碳鋼在兩種不同極化方式下得到的極化曲線變化趨勢非常相似；只是動態板化曲線電位較正的部分(即面積比趨向極大值時)極化曲線變得比較平緩，而在圖1中，隨著電位的正移,電流密度值雖然也有同樣的變化趨勢，但是在同樣的電位范圍內，卻保持著較大的斜率。這是因為在電偶腐蝕過程中，當陰/陽飯面積比較大時，陽極已經不能夠對陰極進行均勻的極化，而電位仍然是在碳鋼的同一點上測得的，不能代表整個金屬表面的電位變化，在穩態極化曲線測量過程中，由于輔助電極和工作電極面積都比較小，屬均勻極化，所以不會存在這種問題。

2.3、碳鋼/TV/海軍黃銅電偶對電偶腐蝕

碳鋼/Ti/海軍黃銅組成電偶對在海水中浸泡10 d,碳鋼的腐蝕速率為331.8 mg/(m2.h),Ti的腐蝕速率為0.216 mg/(m2.b),海軍黃銅的腐蝕速率為29.4 mg/(m2 *h).在碳鋼/Ti/海軍黃銅組成的電偶對中,Ti和碳鋼之間的Ig平均值為8.45 μA/cm2", 海軍黃銅和碳鋼之間的Ig平均值是7.05 μA/em2.電流從Ti和海軍黃銅流向碳鋼,因此碳鋼是這個電偶系統的陽極。

Ti在海水中的自然腐蝕速率為0.312 mg/ (m2-h),但和碳鋼以及海軍黃銅組成電偶對后,腐蝕速率減小到0.216 mg/(m2.h),這表明Ti受到了保護,是這個電偶對的陰極.同樣可知,海軍黃銅也是這個電偶對的陰極。

3、結論

（1）電偶腐蝕過程中，陰/陽極面積比對I。的影響較大,隨著陰/陽極面積比的增加, Ig增加,腐蝕速率增大。

（2）形成電偶對時.隨著陰/陽極面積比的增大，由于極化不均勻，陽極的腐蝕速率存在-一個極限值。

（3）海水中碳鋼/Ti/海軍黃銅三種金屬組成的電偶對, Ti和海軍黃銅是陰板，受到保護;碳鋼是陽極,腐蝕加速。