5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究精.docx

1、5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究精第 9卷第 1期 2003年 2月电化学EL ECTROCH E M ISTR YV o l . 9 N o. 1 Feb . 2003文章编号 :100623471(2003 01200602065083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为 及活性氯影响研究王洪仁 13, 吴建华 1, 王均涛 1, 2, 2(1. 七二五研究所青岛分部 , 山东 青岛 266071; 2. 摘要 : , 研究了 5083铝合金在静止海水中的腐 , 在本文设置的防污活性氯浓度范围 (0. 20. 5m g L 内 , , 并可提高铝合金的耐 点蚀能力 , 海水

2、的 pH 值对铝合金的腐蚀具有显著的影响 . 该研究为海水中 5083铝合金的防腐防 污提供了依据 .关键词 : 5083铝合金 ; 海水 ; 腐蚀电化学 ; 活性氯中图分类号 : O 646 文献标识码 : A接触海水的结构铝合金 , 面临腐蚀性很强的海水介质直接腐蚀 , 主要的腐蚀形式为局部腐 蚀 , 其耐蚀性完全取决于钝化膜的完好程度与破裂后的自修复能力 . 海水中的 C l -对钝化膜的 破坏作用尤其强烈 , 造成了铝合金在海水中的钝态不稳定 . 此外 , 海水中铝合金还会由于海生 物的污损 , 从而加速了铝合金局部腐蚀 , 影响其正常使用 . 阴极保护是首选的 、 行之有效的金属 防

3、蚀手段 . 电解海水制氯可以通过电解海水产生氯气 , 次氯酸等有毒物质抑制海生物的污 损 1.电解海水产生的用于防止海生物污损的活性氯 , 通常是指具有氧化能力的各种氯的总和 , 主要包括 C l 2, HC l O , C l O -等形式 , 它们和海水中的溶解氧一样 , 都具有一定的氧化性 . 活性 氯对铝合金的影响一方面是有利于维持合金的钝态 , 增加活性氯的供给 , 促进钝化膜的稳定 性 ; 但另一方面又可能起着电化学腐蚀去极化剂的作用 , 从而破坏金属表面的钝化膜并诱发孔 蚀 2, 3, 产生严重的局部腐蚀 , 这对于铝合金在海水中的腐蚀和电化学性能将产生不利的影响 . 本文针对在

4、海洋腐蚀和污损环境中普遍应用的 5083铝合金 , 研究其在静止海水中的腐蚀 与电化学性能 , 同时通过研究活性氯对铝合金腐蚀电化学性能影响 , 明确了由电解海水产生的防污活性氯浓度 (0. 20. 5m g L 范围 , 为 5083铝合金在海水中的防腐防污提供依据 .收稿日期 :2002208212, 修订日期 :2002209223通讯联系人 T el :(862532 5843204; E 2m ail :hongrenw 163. com 国防型号科研课题 (XK 020401 资助1试验材料及方法1. 1试验材料及设备试验用 5083铝合金为轧制状态 , 其化学成分如表 1所列 .

5、电化学腐蚀实验使用的铝合金为面积 1c m 2(10mm 10mm 的片状试样 , 引出导线后镶 嵌固化在环氧树脂中 , 表面用砂纸逐级研磨至 2000#. 全浸腐蚀试验试样尺寸为 70mm 25mm 5mm , 表面抛光除油 , 试验前后用电光天平称重 , 试样用 A STM G 1281标准方法进行处 理 . 表 1 5083T ab . 1 E lem en tsg i Cu C r Zn A l Con . 9. 41. 00. 40. 40. 20. 10. 10. 30. 3R em . 试验介质采用常温青岛天然海水 . 电化学腐蚀试验采用 SOLA TRON 1287电化学测试

6、系统 , P t 片作为辅助电极 , 饱和 KC l 甘汞电极作为参比电极 .1. 2 活性氯的制备由于静止海水试验在较小的密闭体系中完成 , 本文不采取电解法制备活性氯 , 而是利用化 学纯次氯酸钠配制含活性氯海水溶液 , 即按预定的活性氯浓度称取对应量的次氯酸钠溶解于 海水中配制成 , 并采用 N , N 二乙基对苯二胺硫酸亚铁铵滴定法测定浓度 . 活性氯在海水 中会逐渐分解失效 , 实验过程中 , 需要定期调整由此而产生的浓度变化 .1. 3试验方法分别测定 5083铝合金在含不同浓度活性氯的静止海水中的自然腐蚀电位 , 阴极极化和阳 极极化曲线 , 扫速 0. 5mV s . 其相应的

7、阳极极化曲线采用循环极化 (cyclic po larizati on 法 , 并于阳极电流密度达到 1mA c m 2时进行反扫 , 以此研究铝合金的点蚀电位和点蚀保护电位 4.铝是两性金属 , 在酸性和碱性环境中均会遭受加速腐蚀 . 要解决铝合金的防腐防污问题 , 需同时考虑阴极过保护可能导致合金表面的碱性化 , 以及电解海水制氯时由于局部活性氯聚 集而造成酸性环境 . 为此用 HC l 和 N aO H 调整海水的 pH 值分别为 2. 0, 5. 0, 7. 5(天然海水 , 10, 12, 通过对 5083铝合金进行全浸腐蚀试验 , 以期进一步探明不同 pH 条件下铝合金的腐蚀 情况

8、 .依次对含有 10, 5, 1, 0. 5和 0m g L 活性氯的海水进行 5083铝合金的腐蚀失重试验 , 试 验中根据活性氯在海水因分解而发生的浓度变化 , 定期更换海水 .2试验结果与讨论2. 1 5083铝合金自然腐蚀电位及活性氯的影响5083铝合金在海水中自然腐蚀电位及活性氯对其影响测定 , 每种浓度均由 3个平行试样 16 第 1期 王洪仁等 :5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究进行测试 , 连续监测自然腐蚀电位 1h . 图 1示出 5083铝合金自然腐蚀电位随海水中活性氯 浓度的变化 . 图中所示的稳定自然腐蚀电位均取 3个平行试样的测量平均值 .由图

9、1可以看出 , 活性氯浓度对 5083铝合金的自然腐蚀电位有明显的影响规律 . 除在 0. 5m g L 的较低浓度下其自然腐蚀电位比天然海水中正移了 30mV 外 , 其余浓度下均使 5083铝合金的腐蚀电位负移 , 其中在 10m g L 以内的负移趋势比较明显. 据图 1, 在本文设置 的防污活性氯浓度范围 (0. 5m g L 内 , 活性氯对 5083铝合金所产生的影响主要是氧化性 的活性氯有利于铝合金的钝化 , 致使相关腐蚀电位正移 , 但这对铝合金的腐蚀和阴极保护电位 的影响不大 . 在海水中活性氯浓度较大时 , , 使其 腐蚀电位负移 .图 1活性氯浓度对 5083铝合金在海水

10、中的自然腐蚀电位影响F ig . 1 T he effect of active ch lo rine concen trati onon the E co rr of alloy AA 5083in seaw ater 图 2 5083铝合金在含不同活性氯浓度海水中的阴 极极化曲线 F ig . 2 Cathodic po larizati on cu rves of alloy AA 5083in seaw ater w ith differen t activech lo rine concen trati on2. 2 5083铝合金阴极极化行为及活性氯影响图 2是 5083铝合金在海

11、水中于不同活性氯浓度下的阴极极化曲线 , 可以看出 , 各极化曲 线的 T afel 斜率绝对值 (即极化率 随着活性氯浓度的增大而呈减小的趋势 , 但如浓度增至 10m g L 以上时则变化趋缓. 图 3示出由图 2阴极极化曲线经分析处理得到的 T afel 斜率 (B c 及其腐蚀电流 (i corr 随活性氯浓度的变化 . 如图所见 , 低浓度下活性氯对 5083铝合金自然腐蚀 电流的影响不大 , 浓度达 10m g L 以上时 , 自然腐蚀电流则迅速增加. 以上表明 , 活性氯的存在对体系中电极表面的阴极反应有明显影响 , 随着活性氯浓度的增 加 , 铝合金的阴极极化变得困难 ; 其自

12、然腐蚀电流明显增大 , 但在所设计的防污活性氯浓度范 围 (0. 20. 5m g L 内 , 这种影响相对较小 . 低浓度下 (5m g L , 由于活性氯的氧化作用促 进了铝合金钝化 , 致使腐蚀电流呈现减小的趋势 . 26 电化学 2003年, 自腐蚀 F ig . 3 V ariance of the B c and i co rr w ith active ch lo 2rine concen trati on in seaw ater 2. 3 5083铝合金的阳极极化行为及活 性氯影响 图 4示出按循环极化技术测出的 5083铝合金点蚀电位和点蚀保护电位在海水中随活性氯浓度的变化

13、曲线 . 可以看出 , 静止海水中活性氯的浓度对 5083铝合金的点蚀电位和点蚀保护电位的影响并不明显 , 当活性氯浓度为 1m g L 以下时 , 其 E p it 与 E p ro t 的差值 E p it 2E p ro t 呈增大趋势 , 表明该合金的耐点蚀能力增强 ; 浓度超过 1m g L , E p it 2E p ro t 值逐渐减小 , . 即 :, 高浓度时 图 4活性氯浓度对 5083铝合金在海水中的点蚀电位和点蚀保护电位的影响 F ig . 4 T he effect of active ch lo rine concen trati onon p itting co

14、rro si on p roperty of alloy AA 5083in seaw ater 氧化性的活性氯则成为铝合金电化学腐蚀的去极化剂 , 破坏其钝化膜并诱发点蚀 .2. 4活性氯浓度对 5083铝合金腐蚀 率的影响分别测定常温海水中不同活性氯浓度下 5083铝合金的腐蚀速度 , 周期 10d . 相关实验数据列于表 2. 可以看出 , 同为 10d 的试验期间内 , 活性氯浓度从 10m g L 变到 0m g L , 其腐蚀率都很接近 , 表明在这一浓度范围内活性氯对腐蚀速度没有明显的影响 . 试验后观察铝合金表面的腐蚀形貌 , 各浓度下的试样表面均呈均匀致密的褐色膜 层 , 有

15、金属光泽 , 光照下可见彩色 , 且随活性 氯浓度的减小 , 膜的颜色由深变浅 . 此外 , 试样表面未发现局部腐蚀痕迹 .表 2 5083铝合金在不同活性氯浓度海水中的腐蚀率 T ab . 2 V ariance of the co rro si on rate of alloy AA 5083w ith active ch lo rine concen trati on in seaw ater Concen trati on , m g L00. 51510Co rro si on rate , mm a 0. 01010. 00950. 01080. 00960. 01042. 5 p

16、H 值对 5083铝合金腐蚀的影响按上述全浸腐蚀试验方法测定海水的 pH 值对 5083铝合金腐蚀的影响 , 周期 10d , 实验 36 第 1期 王洪仁等 :5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究数据包括腐蚀失重 (腐蚀率 以及稳定的自然腐蚀电位 . 结果如表 3所列 .从表 3数据可以看出 , 在酸性和碱性海水中合金的腐蚀速率均较天然海水中的增加了近 2个数量级 , 自然腐蚀电位同时移正 , 说明海水的酸碱性 (pH 对 5083铝合金的腐蚀行为影响 很大 . 原因是海水不论其酸性 、 碱性均能使铝合金表面氧化膜加速破坏 . 另据 A l 2H 2O 系 E 2pH 图也

17、可知 , A 1在酸性或碱性水溶液中均能遭受腐蚀. 酸性海水中铝合金溶解生成 A l 3+, 碱 性环境下生成 A l O 2-5. 研究表明 , 5083铝合金在 3. 5%N aC l 溶液中碱性引起的腐蚀是由于 表面氧化膜被破坏 , 活性的阴极沉淀物 A l (M n , Fe , Cu 使其周围发生了半球状点蚀 (局部腐 蚀 所致 6.表 3 5083铝合金在不同 pH F ig . 3 V ariance of the rro E rr t pH in seaw ater2. . 007. 4510. 0012. 00Co rro , a0. 47480. 00460. 01010.

18、 00390. 8152E co rr , mV (vs . SCE -611-744-790-772-5805083铝合金在不同 pH 值海水中腐蚀的表面形貌如下 : pH =2. 0亮白色 , 但因酸性溶解表面有较多麻点 , 无金属光泽 ; pH =5. 0较试验前变深 , 略有金属光泽 ; pH =7. 5表面大部分为均匀致密的褐色膜 , 局部露出银白色基体 , 无光泽 ; pH =10. 0银白色 , 失去试验前金属光泽 ; pH =12. 0灰白色锈蚀 , 粗糙疏松 , 有絮状腐蚀产物脱落 .3结论1 对 5083铝合金在静止海水中腐蚀的电化学研究 , 结合文献 7,其适宜的阴极保护

19、电位 范围为 -0. 95-1. 20V (vs . Cu CuSO 4 .2 于海水中添加活性氯 , 总的影响规律是 :铝合金的自然腐蚀电位变负 , 阴极极化更难 , 腐 蚀电流增加 . 在所设计的防污活性氯浓度范围 (0. 20. 5m g L 内 , 由于活性氯的氧化促进 了表面钝化使腐蚀减轻 , 影响并不显著 .3 静止海水中当活性氯的浓度低于 1m g L 时 , 其氧化作用有利于 5083铝合金的钝化和 耐点蚀能力提高 , 浓度高于 1m g L , 则其氧化性反起合金腐蚀的去极化剂作用 , 从而破坏了合 金的钝化膜并诱发点蚀 .4 海水 pH 值对 5083铝合金的腐蚀影响较大

20、, 在强酸性和强碱性海水中 , 5083铝合金的 腐蚀急剧增大 , 腐蚀率比天然海水中的高达 2个数量级 , 电位正移近 200mV . 46 电化学 2003年第 1 期 王洪仁等: 5083 铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究 6 5 S tudy on the Co rro sion & E lect rochem ica l P rop e rt ie s of A lloy AA 5083 and the Effect of A ct ive Ch lo rine in Seaw a ter 1 1 1 2 2 W AN G Hong2ren ,W U J ian2hua

21、 ,W AN G J un2tao ,W AN G Hong2b in , FAN G Zh i2gang ( 1. Q ing d ao B ranch of L uoy ang S h ip M a teria l R esea rch Institu te , Q ing d ao 266071, C h ina , 2. O cean D ev elopm en t R esea rch C en ter , B eij ing 100073, C h ina A b s tra c t: m ersion co rro sion m ethod w ere u sed to stud

22、y the co rro sion and elect rochem ica l p rop ert ies of AA 5083 a lloy in qu iescen t seaw a ter, the effect of act ive ch lo rine on it s p rop ert ies w a s a lso stud ied. T he resu lt s ob ta ined ind ica te tha t the act ive ch lo rine ha s no rem a rkab le i p act on m the co rro sion and el

23、ect rochem ica l p rop ert ies of AA 5083 a lloy in a rea of design concen t ra t ion w h ich range from 0. 2 to 0. 5 m g L , and it ha s favo rab le influence on the i p rovem en t of p it2 m Ke y w o rd s : ch lo rine R e fe re nce s : t ing co rro sion resistance. W h ile the pH va lue of seaw a

24、ter ha s eviden t influence on the co rro 2 sion resistance of AA 5083 a lloy. A lloy AA 5083, Seaw a ter, Co rro sion and elect rochem ica l p rop erty, A ct ive 1 W ang Guangying, W ang H a ijiang, L i X ing lian, et a l Co rro sion and P ro tection in N a tu re Environ 2 . m en t: A tm o sp here,

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