金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為研究

張正彪

（昭通學院，云南 昭通 657000）

金屬材料根據金屬元素含量不同和包含的金屬元素種類不同，可以將金屬材料分為純金屬材料和合金材料兩種。隨著工業經濟的快速發展，金屬材料由于具有良好的建筑性能，被廣泛應用在生產、生活的各個方面，金屬材料的耐腐蝕性能成為最受關注的使用性能。目前對于金屬材料的耐腐蝕性能評價主要是通過利用化學浸泡法來實現，將金屬材料暴露在酸性、堿性、氧化等化學環境中，經過一定時間后，再通過對金屬材料表面的腐蝕孔數量和深度、金屬材料重量損失進行計算，以此來對金屬材料的耐腐蝕性能評價，這種方法雖然操作簡單，并且成本較低，但是在測試過程中金屬材料容易受到外界因素影響，導致對金屬材料的耐腐蝕性能評價結果存在一定誤差[1]。為了更加準確合理的測試出金屬材料的耐腐蝕性能，經過近幾十年的研究，推出了一種電化學理論，以電化學作為理論基礎，通過對金屬材料的腐蝕電化學行為分析，進而得到金屬材料的耐腐蝕性能特征，這種方法可以準確的評估出金屬材料的耐腐蝕性能特征，為此提出金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為研究，對探索金屬材料腐蝕機理研究具有重要理論意義。

1 金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為研究

此次以純金屬材料和合金金屬材料作為研究材料，以酸性介質中的主要成分NaCl作為腐蝕介質，通過對純金屬材料與合金材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線繪制，以及純金屬材料與合金材料在酸性介質中電化學阻抗譜分析，最后總結出金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為。

1.1 金屬材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線分析

金屬材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線，實際表示的是金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學過程，其是行為研究的基礎環節[2]。此次將純金屬材料和合金金屬材料，分別放在濃度為1.5%、3.5%、5.5%的NaCl溶液中，采用腐蝕電化學綜合測量儀對其進行測試，得到的純金屬材料與合金金屬材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線如圖1圖2所示。

圖1 純金屬材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線圖

圖2 合金金屬材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線圖

從圖1可以看出，純金屬材料在NaCl溶液中大約300s后，電位基本達到穩定狀態，不同濃度的NaCl溶液中純金屬材料的腐蝕電位值為-1.206V、-1.268V、-1.304V，隨著酸性介質濃度的增加而發生負移；合金金屬材料在NaCl溶液中大約200s后電位就基本達到穩定狀態，不同濃度的NaCl溶液中純金屬材料的腐蝕電位值為-1.156V、-1.238V、-1.326V，同樣隨著酸性介質濃度的增加而發生負移，這說明無論是純金屬材料還是合金材料，在酸性介質中腐蝕程度都會隨著濃度的增加而增加。

1.2 金屬材料在酸性介質中電化學阻抗譜分析

電化學阻抗譜是分析金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為的核心環節，將純金屬材料和合金材料分別放在酸性介質中，分析開路條件下金屬材料與和合金材料的電化學阻抗譜特征，同樣利用腐蝕電化學綜合測量儀對其進行測試，得到純金屬材料與合金金屬材料在不同濃度酸性介質中的電化學阻抗譜如下表所示。

表1 純金屬材料與合金金屬材料在不同濃度酸性介質中的電化學阻抗譜

表2 純金屬材料與合金金屬材料在不同濃度酸性介質中的腐蝕電化學參數

從表1可以看出，隨著酸性介質濃度的增大，純金屬材料的容抗弧逐漸減小，而其容抗弧的大小基本等同于金屬材料在酸性介質腐蝕過程中的電荷傳遞電阻，說明純金屬材料基地表面具有活性，就是純金屬材料表面的活性隨著酸性介質濃度的增大而增強；而合金材料的容抗弧隨著酸性介質濃度的增大成正比，并且合金材料的容抗弧與電荷傳遞電阻相差較大，說明合金材料基地表面活性不會受到酸性介質濃度的提高的而變化，通過以上分析可以得知，純金屬材料在酸性介質中的腐蝕速率比合金材料高[3]。經過SDinpWin軟件對以上數據進行擬合，得出的塔菲爾斜率、腐蝕電位、腐蝕電流密度等腐蝕電化學參數如下表所示。

從表2可以看出，隨著酸性介質濃度的增加，純金屬材料與合金材料腐蝕電流密度也在逐漸增大，因此金屬材料的耐腐蝕性能降低[4]。純金屬材料的腐蝕電流密度均比在相同條件下合金材料的高，說明金屬材料所包含的金屬元素種類增加后，金屬材料的耐腐蝕性能提高，并隨著極化電位的升高而提高[5]。純金屬材料在酸性介質濃度為中性時出現了鈍化現象，并且鈍化區域范圍比較寬廣，隨著介質濃度的提高，鈍化現象增強，并且導致鈍化現象發生的腐蝕電流密度，遠遠大于酸性介質濃度為中性時的腐蝕電流密度；而合金金屬材料在酸性介質濃度較高時出現鈍化現象，并且隨著酸性介質濃度的提高，合金金屬材料鈍化現象消失，這說明金屬材料所包含的金屬元素種類增加后，金屬材料的鈍化膜溶解速度加快。

通過以上對金屬材料在酸性介質中的腐蝕電位-時間曲線分析，以及金屬材料在酸性介質中電化學阻抗譜分析，可以總結出金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為為：隨著酸性介質濃度的提高，金屬材料腐蝕電流密度增加，并且腐蝕速度加快，純金屬材料的腐蝕電流密度均比相同條件下合金材料的大[6]。并且隨著酸性介質濃度以及極化電位的升高，金屬材料鈍化加強，以此實現了對金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為研究。

2 結語

此次在回顧與總結該方面國內外研究成果基礎上，對金屬材料在酸性介質中的腐蝕電化學行為進行了研究，對金屬材料在酸性介質中的腐蝕性能特征及機理，具有重要的理論指導意義和應用價值，對金屬材料在酸性介質中抗腐蝕措施的采取提供理論依據。由于此次研究時間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，對于金屬材料的腐蝕電化學行為研究僅處于表面層面，今后還會對金屬材料在堿性介質以及氧化介質中的腐蝕電化學行為進行研究。