CN101303290A - 一种准确评价不锈钢点蚀电位的超声电化学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于不锈钢材料点蚀评测技术领域，具体为一种准确地评价不锈钢点蚀电位的超声电化学方法。具体是采用超声波电解池在点蚀生长过程中清洗作用除去点蚀坑表面形成的阻碍溶液扩散的点蚀覆盖物，消除与点蚀覆盖物孔隙率相关的离子扩散对点蚀电位和点蚀再钝化电位测量造成的数据分散，有利于获得与不锈钢材料的表面加工状态无关的特征点蚀电位。本发明对于准确快捷的评价不锈钢的耐点蚀性能和研究不锈钢的点蚀机制，具有重要的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢材料点蚀评测技术领域，具体涉及一种评价不锈钢点蚀电位的方法。
背景技术
点蚀是易钝化金属或合金中最常见的腐蚀形式之一，常发生于侵蚀性阴离子和氧化剂共存环境。这类腐蚀因隐蔽性极强、破坏性极大，而被广泛重视和深入研究。如何评价钝化状态的金属的耐局部腐蚀性能一直以来是此类材料的研究重点之一。
不锈钢在溶液中，尤其是含有Cl离子的溶液中，易发生点蚀。发生点蚀小孔能在中性溶液中持续生长，并最终导致不锈钢材料的失效。其原因是点蚀一旦萌生，常向材料底部侵蚀，而在点蚀坑表面形成一层钝化状态的薄金属层，而这种金属薄层常为多孔形貌，习惯称之为花边点蚀覆盖帽([1]N.J.Laycock，M.H.Moayed，R.C.Newman，Perforated Coversfor Propagating Pits，J.Electrochem.Soc.145(1998)2622-2628；[2]P.Ernst，N.J.Laycock，M.H.Moayed，R.C.Newman，The Mechanism of Lacy Cover Formation in Pitting，Corros.Sci.39(6)(1997)1133-1136；[3]P.C.Pistorius，G.T.Burstein，Metastable Pitting Corrosion ofStainless Steel and the Transition to Stability，Phil.Trans.R.Soc.London.341(1992)531-559.)。多孔的花边点蚀覆盖帽阻碍点蚀坑内外的溶液交换，使得点蚀坑内由于不断金属溶解产生金属离子富集，而金属离子平衡水解使蚀坑内部的酸性变强，进一步促进蚀坑内壁金属的溶解。不锈钢点蚀形成的实际金属花边帽显微图与其形成的原理见附录图1和图2。点蚀内部溶液向蚀坑内壁侵蚀，局部溶解刺穿表面，由于刺穿之后点蚀溶液的稀释，在刺穿小孔部位立即再钝化，保存下来一圈刺穿的花边小孔，如此刺穿-再钝化-刺穿的往复就形成了点蚀的花边形貌。
然而，点蚀的表面花边形貌不仅受不锈钢的材质影响，还受到不锈钢表面的加工状态的影响，比如表面粗糙度，热处理形成表面钝化膜厚度以及表面附着物等因素([4]H.S.Isaacs and G.Kissel，Surface Preparation and Pit Propagation in Stainless Steels，J.Electrochem.Soc.119(1972)1628-1632.；[5]P.H.Chong，Z.Liu，X.Y.Wang，P.Skeldon，Pitting CorrosionBehaviour of Large Area Laser Surface Treated 304L Stainless-steel，Thin Solid Films 453-454(2004)388-393.；[6]V.Kain，K.Chandra，K.N.Adhe，P.K.De，Effect of Cold Work onLow-temperature Sensitization Behaviour of Austenitic Stainless Steels.J Nuclear Mater 334(2004)115-132)。后者对于不锈钢并不能表征其本质抗点蚀性能。例如，更高温度热处理，不锈钢表面形成的钝化膜会更稳定，因此产生活化的点蚀就越多[4]。
因而，要用电化学方法准确的描述不锈钢的抗点蚀能力，就需消除点蚀发展形成的花边金属薄层的孔隙率随机性造成的测量的分散性。在ASTM标准中，采用接近不锈钢过钝化电位的恒定电位值进行升温度扫描的方法一般能获得比较准确的评价不锈钢点蚀的温度值，称为临界点蚀温度(CPT)。但是临界点蚀温度存在变化温度封样困难，常容易先发生缝隙腐蚀；升温速率控制困难；临界点蚀温度较低钢种(如300系列)需要在较低的温度测试等问题。如何准确简单地用动电位极化曲线来评价不锈钢抗点蚀能力的重点在于如何消除点蚀发生、生长形成花边扩散阻挡层带来的电位测量数据分散性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改进的电化学动电位评价不锈钢抗点蚀性能的点蚀电位方法，以便能够简单、快捷且准确地评价不锈钢的点蚀电位和再钝化电位。
本发明方法中，在用电化学动电位法评价不锈钢抗点蚀能力时，结合使超声波方法，以去除点蚀坑上面覆盖的花边金属薄层，从而消除电位测量的数据分散性，获得更准确的评价不锈钢点蚀性能的电位数据。
本发明所采用的电解池装置如图3所示，其中带有超声波装置，电解池采用标准三电极体系：对电极(石墨电极)、参比电极(可为饱和甘汞电极)、工作电极(不锈钢试样)，用动电位方法评价不锈钢的测量点蚀破裂电位和点蚀再钝化电位。测量过程中通N2除氧，电解池置于带有加热装置的恒温水浴中，超声波发生装置设置于水浴锅底部。为在尽可能短的时间内超声波除去花边金属薄层，需要选择合适的超声波换能器功率，以及电解池中溶液和恒温水浴中水的总体积。本发明实施例中采用洗净出力150W-200W的超声波源，换能器装在恒温水浴槽底部，采用电解池为250ml-500ml玻璃烧瓶，恒温水浴槽容积为1200ml-1800ml，且不锈钢试样工作表面朝下安置。这种设计能在1秒内有效地去除点蚀坑表面的花边金属薄层。
依据GB/T 17899-1999标准([7]GB/T 17899-1999不锈钢点蚀电位测量方法)，结合超声波除去点蚀花边金属覆盖层，用动电位法测试不锈钢的点蚀电位和再钝化电位。具体步骤如下
(1)选用1mol/L的NaCl溶液，测量前向溶液中通入纯氮气(纯度99.999％)进行半小时以上的预除氧。并在试验过程中保持对溶液连续通氮气。通氮速度按每升试验溶液约4-6L/min控制。
(2)用电化学工作站控制电位扫描。从自然电位开始，以电位扫描速度15-25mV/min进行阳极极化直到阳极电流达到5mA cm-2的时候电位回扫，回扫电流低于10μA cm-2停止试验。标准中以阳极极化曲线对应电流密度10μA cm-2或100μA cm-2的电位中最正的电位值(符号为Eb10或Eb100)来表示点蚀电位，在此采用的达到10μA cm-2的电流Eb10作为点蚀电位。回扫电流为10μAcm-2时的电位为再钝化电位(符号ER′)。
(3)在无超声波装置的电解池中，由电化学工作站控制电位回扫。而装置有超声波的电解池中，在电位进行回扫过程中可以多次开启超声波，以除去前期点蚀产生的花边金属薄层。
在通常的电解池中，动电位极化曲线的结果如图4所示，点蚀电流密度时间曲线在点蚀电位和再钝化电位之间有个非常大封闭环，Eb10和ER之间的差异大。点蚀萌生发展后的再钝化电位在一定程度上表征的是点蚀孔上面覆盖的金属薄层的孔隙率。
在电位回扫过程中可以多次开启超声波，利用超声波的高效清除作用除去点蚀孔上面的覆盖物，开启超声的次数可以任意选择，一般建议3-6次，但在回扫到电位之Eb10时应该注意开启，每次超声时间2-4秒。在高于Eb10之时点蚀坑虽然经历由于点蚀花边金属覆盖薄层除去使局部再钝化造成电流突降，但并不降低到不锈钢的钝化状态水平，并且在下降之后还伴随着继续升高。一旦回扫电位通过Eb10对不锈钢试样超声除去覆盖物处理，点蚀电流迅速降低为钝化水平。这意味着在点蚀呈开口状态时点蚀电位Eb10和点蚀回扫再钝化电位ER对于表征不锈钢的抗点蚀性能具有很好的一致性。
附图说明
图1不锈钢表面发生点蚀形成花边金属薄层覆盖物显微形貌(左上角是超声去除花边金属薄层的开口蚀坑形貌)。
图2不锈钢表面发生点蚀花边金属薄层覆盖物形成示意图。
图3超声波的三电极体系电解池装置图。
图4不应用超声波的标准动电位极化曲线回扫图。
图5应用超声波的标准动电位极化曲线回扫图。
图中标号：1为不锈钢试样，2为超声波转换器，3为辅助电极，4为工作电极，5为接参比电极的鲁金毛细管，6为温度控制器，7为容器，8为电解槽，9为温度计。
具体实施方式
实施例1 316不锈钢超声波动电位极化曲线点蚀性能评价
对316不锈钢采用前述步骤在发明的带有超声波发生装置的电解池进行测量，用环氧树脂封装非工作面，仅留出约10mm×10mm的表面并进行极化曲线测试。极化曲线测试具体条件为：精确配制1mol/LNaCl溶液，并放置于水浴中，保持温度为25℃；实验前，首先向介质溶液中通入高纯氮气(99.999％)30分钟以除氧，测试过程中持续通气除氧。电化学采用标准的三电极体系：辅助电极采用石墨电极；参比电极体系由饱和甘汞电极(SCE)和盐桥组成。其测试结果如图5所示，在高于Eb10电位的四次超声波除去金属薄层萌生的点蚀并不立即再钝化，一旦电位回扫过Eb10电位点蚀立即再钝化。因此，Eb10和ER具有很好的一致性。
Claims (3)
1、一个准确评价不锈钢点蚀电位的超声电化学方法，其特征在于用电化学动电位法评价不锈钢抗点蚀性能时，在动电位极化曲线的回扫过程中结合使用超声波方法，去除点蚀坑上面覆盖的金属薄层，消除点蚀再钝化电位对金属薄层的孔隙率的依赖，从而获得更准确的评价不锈钢耐点蚀性能的电位数据。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于具体操作步骤如下：
(1)选用1mol/L的NaCl溶液，测量前向溶液中通入纯氮气进行半小时以上的预除氧，并在试验过程中保持对溶液连续通氮气，通氮速度按每升试验溶液约4-6L/min控制；
(2)用电化学工作站控制电位扫描，从自然电位开始，以电位扫描速度15-25mV/min进行阳极极化直到阳极电流达到5mAcm-2的时候电位回扫，回扫电流低于10μAcm-2停止试验；标准中以阳极极化曲线对应电流密度10μAcm-2或100μAcm-2的电位中最正的电位值：符号为Eb10或Eb100来表示点蚀电位，在此采用的达到10μAcm-2的电流Eb10作为点蚀电位，回扫电流为10μAcm-2时的电位为再钝化电位，符号ER；
(3)在无超声波装置的电解池中，由电化学工作站控制电位回扫，装置有超声波的电解池中，在电位进行回扫过程中多次开启超声波，以除去前期点蚀产生的花边金属薄层。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于超声次数为3-6次，每次超声时间为1-4秒。
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101907599A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-12-08 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 多合一重金属在线分析仪 |
| CN103454206A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种加载条件下不锈钢亚稳态点蚀模拟的方法 |
| CN104280330A (zh) * | 2013-07-01 | 2015-01-14 | 中国科学院金属研究所 | 一种基于元胞自动机模型的亚稳态蚀坑交互作用模拟方法 |
| CN104403780A (zh) * | 2014-10-20 | 2015-03-11 | 郑州煤矿机械集团股份有限公司 | 基于配液水的液压支架用高含水液压液选用方法 |
| CN105699225A (zh) * | 2014-11-27 | 2016-06-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种交变载荷作用下测量不锈钢亚微安级亚稳点蚀暂态电流的装置和方法 |
| CN105784803A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-20 | 杨雁泽 | 一种用于测量不锈钢管外表面临界点蚀温度的夹具 |
| CN110095404A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-06 | 上海电力学院 | 一种水介质中不锈钢腐蚀状态监测方法与装置 |
| CN111207981A (zh) * | 2020-03-01 | 2020-05-29 | 东北石油大学 | 三层非均质平板电极岩心制作方法 |
| CN112179838A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 复旦大学 | 一种考察双相不锈钢耐缝隙腐蚀性能的方法 |
| CN112268857A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-01-26 | 北京科技大学 | 用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置及方法 |
| CN112267136A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-26 | 复旦大学 | 一种提高不锈钢点蚀抗力的电化学方法 |
| CN112697686A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-23 | 中国科学院金属研究所 | 一种快速评价钛合金缝隙腐蚀的测试装置和方法 |
-
2008
- 2008-06-26 CN CNA2008100396037A patent/CN101303290A/zh active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101907599B (zh) * | 2010-07-21 | 2013-03-27 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 多合一重金属在线分析仪 |
| CN101907599A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-12-08 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 多合一重金属在线分析仪 |
| CN103454206A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种加载条件下不锈钢亚稳态点蚀模拟的方法 |
| CN103454206B (zh) * | 2012-05-31 | 2015-07-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种加载条件下不锈钢亚稳态点蚀模拟的方法 |
| CN104280330B (zh) * | 2013-07-01 | 2016-09-28 | 中国科学院金属研究所 | 一种基于元胞自动机模型的亚稳态蚀坑交互作用模拟方法 |
| CN104280330A (zh) * | 2013-07-01 | 2015-01-14 | 中国科学院金属研究所 | 一种基于元胞自动机模型的亚稳态蚀坑交互作用模拟方法 |
| CN104403780A (zh) * | 2014-10-20 | 2015-03-11 | 郑州煤矿机械集团股份有限公司 | 基于配液水的液压支架用高含水液压液选用方法 |
| CN105699225A (zh) * | 2014-11-27 | 2016-06-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种交变载荷作用下测量不锈钢亚微安级亚稳点蚀暂态电流的装置和方法 |
| CN105784803A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-20 | 杨雁泽 | 一种用于测量不锈钢管外表面临界点蚀温度的夹具 |
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| CN110095404A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-06 | 上海电力学院 | 一种水介质中不锈钢腐蚀状态监测方法与装置 |
| CN111207981A (zh) * | 2020-03-01 | 2020-05-29 | 东北石油大学 | 三层非均质平板电极岩心制作方法 |
| CN112179838A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 复旦大学 | 一种考察双相不锈钢耐缝隙腐蚀性能的方法 |
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