CN109505002A - 一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法 - Google Patents

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周勇
黄慧菊
陈钇江
闫福安
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Abstract

本发明提供一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，其包括以下步骤：1)向具有强氧化性的无机盐溶液中滴加酸性介质至溶液的pH值为3～5，即得电解液；2)在电解液中，从阴极电位开始以0.05～0.2mV/s的速率对碳钢施加动电位扫描，并逐渐过渡到阳极电位，当动电位扫描到达钝化区后，停止扫描。本发明采用具有强氧化性的无机盐和酸性介质作为电解液，并以一定的速率对碳钢施加动电位扫描，一方面，可有效控制碳钢的晶界和晶粒分别处于活化溶解状态和钝化保护状态，另一方面，可通过控制电解液的电位变化，有效控制碳钢晶界处于活化溶解、晶粒处于钝化保护的时间，从而实现晶界活化溶解过程的有效控制，且本发明整个碳钢晶粒和晶界的状态控制难度大大降低。

Description

一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法
技术领域
本发明涉及材料腐蚀与防护技术领域，特别涉及一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法。
背景技术
碳钢的微观结构主要包括晶粒和晶界两个部分。碳钢在腐蚀环境中服役时，在大多数酸性腐蚀环境中，晶粒和晶界都同时处于活化溶解状态；而在大多数碱性腐蚀环境中，晶粒和晶界又都同时处于钝化保护状态。目前，在技术上还无法或者很难有效控制碳钢的晶粒和晶界分别处于不同的电化学状态(活化溶解状态或钝化保护状态)。
在某些特殊的腐蚀环境中，比如：碳钢金相制样的硝酸-酒精溶液中，虽然在一定程度上可以使晶粒处于钝化保护状态的同时使晶界处于活化溶解状态，但是这一技术仍然存在一定的局限性。主要包括：第一，时间上的局限性，只能在较短的时间内(不到1分钟)使晶界处于活化溶解而晶粒处于钝化保护，最后随着时间的延长最终晶粒和晶界都会发生活化溶解；第二，效果上的局限性，在晶界处于活化溶解而晶粒处于钝化保护的短时间内，无法对晶界的活化溶解进行有效控制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，以解决现有控制碳钢晶界化学溶解的控制难度高、控制效果差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，包括以下步骤：
1)电解液的配制：向具有强氧化性的无机盐溶液中滴加酸性介质至溶液的 pH值为3～5，即得控制碳钢晶界活化溶解的电解液；
2)在所述电解液中，从阴极电位开始以0.05～0.2mV/s的速率对碳钢施加动电位扫描，所述动电位扫描从所述阴极电位过渡到阳极电位，当所述动电位扫描到达碳钢的钝化区后，停止扫描。
可选地，所述步骤1)中具有强氧化性的所述无机盐的浓度为0.001～0.01 mol/L。
可选地，所述步骤1)中具有强氧化性的所述无机盐为亚硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐中的一种。
可选地，所述步骤1)中所述酸性介质为硝酸、盐酸、硫酸、醋酸中的一种或多种。
相对于现有技术，本发明所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法具有以下优势：
本发明的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法中采用具有强氧化性的无机盐和酸性介质作为电解液，并以缓慢的扫描速率对碳钢施加动电位扫描，一方面，可有效控制碳钢的晶界和晶粒分别处于活化溶解状态和钝化保护状态，另一方面，可通过控制电解液的电位变化，有效控制碳钢晶界处于活化溶解、晶粒处于钝化保护的时间，从而实现晶界活化溶解过程的有效控制，而且本发明以动电位扫描速率作为控制参数，使得整个碳钢晶粒和晶界的状态控制难度大大降低。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为采用本发明实施例1所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法进行L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢电化学状态调控的扫描电子显微镜图像；
图2为采用本发明实施例2所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法进行L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢电化学状态调控的扫描电子显微镜图像；
图3为采用本发明实施例3所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法进行L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢电化学状态调控的扫描电子显微镜图像。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。
实施例1
以L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢四种材料为研究对象，采用本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法对其进行晶界和晶粒的电化学状态调控。本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，具体包括以下步骤：
1)电解液的配制：向200mL浓度为0.01mol/L的亚硝酸钠(NaNO2)溶液中逐滴滴加硝酸(HNO3)至pH值为5，即得本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电解液；
2)在本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电解液中，从阴极电位开始以0.1 mV/s的速率对碳钢施加动电位扫描，动电位扫描逐渐从阴极电位过渡到阳极电位，当动电位扫描到达碳钢的钝化区后，即随着动电位扫描电位的增加，电流密度基本不再变化，停止扫描。
L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢四种材料进行电化学状态调控后的扫描电子显微镜图像(5000倍)如图1所示。
由图1可以看出，四种碳钢的晶界发生了明显的活性溶解，而碳钢的晶粒基本未发生变化。说明本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法可有效控制碳钢的晶粒和晶界的电化学状态。
实施例2
以L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢四种材料为研究对象，采用本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法对其进行晶界和晶粒的电化学状态调控。本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，具体包括以下步骤：
1)电解液的配制：向200mL浓度为0.01mol/L的亚硝酸钠(NaNO2)溶液中逐滴滴加硝酸(HNO3)至pH值为4，即得本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电解液；
2)在本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电解液中，从阴极电位开始以0.1 mV/s的速率对碳钢施加动电位扫描，动电位扫描逐渐从阴极电位过渡到阳极电位，当动电位扫描到达碳钢的钝化区后，即随着动电位扫描电位的增加，电流密度基本不再变化，停止扫描。
L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢四种材料进行电化学状态调控后的扫描电子显微镜图像(5000倍)如图2所示。
由图2可以看出，四种碳钢的晶界发生了明显的活性溶解，而碳钢的晶粒基本未发生变化。说明本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法可有效控制碳钢的晶粒和晶界的电化学状态。
实施例3
以L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢四种材料为研究对象，采用本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法对其进行晶界和晶粒的电化学状态调控。本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，具体包括以下步骤：
1)电解液的配制：向200mL浓度为0.01mol/L的亚硝酸钠(NaNO2)溶液中逐滴滴加硝酸(HNO3)至pH值为3，即得本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电解液；
2)在本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电解液中，从阴极电位开始以0.1 mV/s的速率对碳钢施加动电位扫描，动电位扫描逐渐从阴极电位过渡到阳极电位，当动电位扫描到达碳钢的钝化区后，即随着动电位扫描电位的增加，电流密度基本不再变化，停止扫描。
L80碳钢、N80碳钢、Q235碳钢和X65碳钢四种材料进行电化学状态调控后的扫描电子显微镜图像(5000倍)如图3所示。
由图3可以看出，四种碳钢的晶界发生了明显的活性溶解，而碳钢的晶粒基本未发生变化。说明本实施例的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法可有效控制碳钢的晶粒和晶界的电化学状态。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)电解液的配制：向具有强氧化性的无机盐溶液中滴加酸性介质至溶液的pH值为3～5，即得控制碳钢晶界活化溶解的电解液；
2)在所述电解液中，从阴极电位开始以0.05～0.2mV/s的速率对碳钢施加动电位扫描，所述动电位扫描从所述阴极电位过渡到阳极电位，当所述动电位扫描到达碳钢的钝化区后，停止扫描。
2.根据权利要求1所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，其特征在于，所述步骤1)中具有强氧化性的所述无机盐的浓度为0.001～0.01mol/L。
3.根据权利要求1所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，其特征在于，所述步骤1)中具有强氧化性的所述无机盐为亚硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐中的一种。
4.根据权利要求1所述的控制碳钢晶界活化溶解的电化学方法，其特征在于，所述步骤1)中所述酸性介质为硝酸、盐酸、硫酸、醋酸中的一种或多种。
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