重工业污染大气环境中碳钢的腐蚀防护措施研究

2 实验方法
采 用 20 号 碳 钢 作 为 实 验 材 料 ，化 学 成 分 （mass%）为：C 0.2，Mn 0.4，P 0.02，S 0.015，Ni 0.18， Cr 0.2，Si 0.25，Cu 0.14，Fe 余量。线切割成 50 mm× 25 mm × 4 mm 和 10 mm × 10 mm × 4 mm 的两种试 样，试样 1 进行腐蚀浸泡实验，试样 2 进行电化学实 验。并将试样 1，试样 2 分别进行化学镀处理，其沉 积的工艺流程为：打磨→水洗→除油→水洗→酸洗 →水洗→化学镀→水洗→吹干。镀液的主要成分 为：硫酸镍 20 g/L、次磷酸钠 25 g/L、柠檬酸钠 10 g/L、 乙酸钠 20 g/L、硫酸铜 0.5 g/L，镀液温度为 90 ℃，沉 积时间为 60 min。
目前，现场挂片和实验室模拟是研究大气腐蚀 常用的方法，前者获得的数据较为准确，但实验周期 较长 。 [5] 后一种方法虽然能快速地测出腐蚀速度， 但往往考察的是单一离子或单一气体或两种气体的 作用效果，与实际腐蚀体系有较大差别，因而很难准 确地反映出体系中多种离子的综合腐蚀性能[6]。本 文利用我国东北冬季下雪这一特点，考虑到雪花降 落以及融化以后会溶入大量的 SO2、CO2以及粉尘等 微粒，因此，雪水可以反映出污染空气的腐蚀特性。 正是基于以上考虑，本文选用抚顺望花区融化的雪 水(pH8.60)作为腐蚀介质，考察了 20 号钢在雪水中 的腐蚀性，并重点研究了防护措施，以其为工程应用 提供参考依据。
ZHAO Yang, LIANG Ping, SHI Yanhua，HU Chuanshun
School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China
Abstract: In order to study the corrosion protection measures for carbon steel corroded in the atmosphere polluted by heavy industries, the snow water collected from northern city—Fushun Wanghua area was used as the corrosion medium, and 3.5% NaCl as a comparative ones. The corrosion resistance of 20 steel without and with Ni-Cu-P electroless coating as well as the inhibition effect of CeCl3 for the steel in the snow water were investigated by means of polarization curves EIS and immersion methods. The result showed that the corrosivity of snow water was close to 3.5% NaCl solution; the Ni-Cu-P coating could form a compact passive film; and the CeCl3 addition in snow water could facilitate a film deposition on 20 steel surface. The passive film and deposited film not only act as a barrier for oxygen migration, but also protect the steel from direct contacting with snow water, which leading to a lower corrosion current density and a higher charge transfer resistance, so, the corrosion rate of 20 steel in snow water was reduced. Thus, both the Ni-Cu-P electroless coating and CeCl3 may be considered as protective coating or inhibitor respectively for carbon steel in seriously polluted atmosphere environment. Key words: polluted atmosphere, snow water, corrosion resistance, Ni-Cu-P electroless coating,
用作碳钢材料在重工业污染大气环境中的腐蚀防护涂层或缓蚀剂。
关键词：污染大气 雪水 耐蚀性 Ni-Cu-P 镀层 氯化铈
中图分类号：TG174.2
文献标识码：A
文章编号：1002-6495(2013)02-0115-06
Corrosion Protective Measures for Carbon Steel in the Heavy Industrial Pollution Atmosphere Environment
－０．２ －０．３
２０ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｓｎｏｗ ｗａｔｅｒ ２０ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ＮａＣｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
－０．４
－０．５
－０．６
－０．７
－０．８
－０．９
－８
－７
－６
－５
－４
－３
－２
ｌｇ （Ｉ ／ Ａ◊ｃｍ－２）
图 1 20 号钢在雪水和氯化钠溶液中的动电位极化曲线 Fig.1 Potentiodynamic polarization curves of 20 steel in
第 25 卷 第 2 期 2013 年 3 月
腐蚀科学与防护技术
CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY
Vol. 25 No. 2 Mar. 2013
重工业污染大气环境中碳钢的 腐蚀防护措施研究
赵 阳 梁 平 史艳华 胡传顺
辽宁石油化工大学机械工程学院 抚顺 113001
snow water and in 3.5%NaCl solution
ＥＳＣＥ／ Ｖ
2期
赵 阳等：重工业污染大气环境中碳钢的腐蚀防护措施研究
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气的诸如 Cl-、F-、SO42-等离子，增加了雪水的导电性， 造成了 20 号钢表现出较高的腐蚀速度。 3.2 20 号钢在雪水中的防护措施
3.2.1 20 号钢表面化学镀 Ni-Cu-P 镀层 图 2 为
少，镀层表面质量良好。
措施。
图 3 为 20 号钢及 Ni-Cu-P 镀层在雪水中的动电
20 号钢表面化学镀 Ni-Cu-P 合金层的表面形貌，可 在雪水中表现出更正的自腐蚀电位和更低的自腐蚀
以看出，镀层表面由纳米级且较为均匀的胞状物组 电流密度，因此，Ni-Cu-P 镀层可减缓 20 号钢的腐
成，表面致密，整个试样表面没有漏镀，表面缺陷较 蚀，可以作为 20 号钢在重污染大气环境中的防护
表明：与 20 号钢相比，均匀致密的 Ni-Cu-P 镀层在雪水中能够形成钝化膜，雪水中加入氯化铈以后，氯化铈在
金属表面能够形成沉淀膜。钝化膜和沉淀膜能够阻碍 O2的传输，隔离与腐蚀介质的直接接触，从而表现出更 低的自腐蚀电流密度和更大的电荷转移电阻，腐蚀速度因而下降。因此，Ni-Cu-P 化学镀层和氯化铈都可分别
3 结果与讨论
3.1 雪水的腐蚀性 图 1 为 20 号钢在雪水和在 3.5%NaCl 溶液中的
动电位极化曲线，可以看出，两条极化曲线形状是相
似的，阳极均为活化控制，阴极则由氧扩散控制。对 极化曲线的自腐蚀电流密度 Icorr和自腐蚀电位 Ecorr进 行数值拟合，结果表明，20 号钢在雪水和 NaCl 溶液 中 的 自 腐 蚀 电 流 密 度 分 别 为 Icorr =6.132 μA/cm2 和 8.147 μA/cm2，两数值相接近，表明雪水的腐蚀性也 较大，这主要是因为雪水中含有大量的来自工业废
值拟合，结果表明：20 号钢和 Ni-Cu-P 镀层在雪水 中 的 自 腐 蚀 电 流 密 度 分 别 为 Icorr=6.132 μA/cm2 和 3.063 μA/cm2，而 自 腐 电 位 分 别 为 Ecorr=-Ni-Cu-P 镀层
采用动电位极化和电化学阻抗等电化学方法评 价 20 号钢的腐蚀性能。采用美国 PAR 公司的 2273 电化学系统测试，面积为 1 cm2 的正方形 20 号钢和 Ni-Cu-P 镀层为工作电极，石墨为辅助电极，饱和甘 汞电极（SCE）为参比电极。极化曲线测试时，将试 样放入相应的腐蚀介质中浸泡 1 h，待开路电位稳定 后进行测试。其中，20 号钢在雪水、NaCl 溶液以及 加入 CeCl3的雪水中的动电位极化曲线的电位扫描 范围约为-0.25 V(vs OCP) ~-0.2 V，Ni-Cu-P 镀层在 雪水中的动电位极化曲线的电位扫描范围约为－ 0.25 V(vs OCP) ~ +0.5 V，所有极化曲线的扫描速度 均为 0.5 mV·s-1，采用 Tafel 区外推法计算自腐蚀电 流 密 度 。 交 流 阻 抗 曲 线 测 试 时 ，测 量 频 率 范 围 为 100 kHz~10 mHz，扰动电位为 10 mV，测量在自腐蚀 电位下进行，测试结果用 ZSimpWin3.10 进行数值 拟合。
摘要：以北方重工业城市—抚顺望花区的雪水为腐蚀溶液，以 3.5%NaCl 溶液为对比介质，通过动电位极化曲
线考察了雪水对 20 号钢的腐蚀性，结果表明，雪水的腐蚀性与 3.5%NaCl 溶液相接近。通过动电位极化、交流