混酸刻蝕制備X80 鋼超疏水涂層及其耐蝕性研究*

0 前 言

X80 管線鋼具有高強度、 高韌性等優點， 現已逐漸成為國內外大壁厚長距離高壓輸氣管線的首選材料， 如我國的西氣東輸二線、 三線、 中亞管線、 中俄天然氣管線、 美國的阿拉斯加北坡天然氣管道、 俄羅斯的巴甫年科沃—烏恰天然氣管道

。 通過采用控軋控冷技術在X80 管線鋼中形成針狀鐵素體組織， 可使X80 管線鋼具有更小的等效晶粒尺寸， 晶內的亞結構可抑制點蝕和腐蝕裂紋的產生， 有較好的耐蝕性

。 然而隨著服役年限的增長， 鋼管表面防腐層發生老化、 脫落， 受埋地土壤中酸性和堿性離子、 海底管線中的Cl

以及輸送介質中的雜質離子的影響， X80鋼的腐蝕失效會嚴重破壞管線， 甚至導致管道無法承受正常的工作壓力而失效。

為提高X80 鋼管的耐蝕性， 提升管線運行的安全性， 長期以來， X80 鋼的腐蝕機理與防護技術都是研究的熱點。 3PE 防腐層是當前實際應用和研究最廣泛的防腐工藝， 但溶劑類防腐涂料在成膜過程中會發生溶劑揮發， 形成針孔或縮孔， 導致腐蝕性離子穿越膜層形成膜下腐蝕

。隨著腐蝕產物的膨脹， 涂層發生剝離或破損， 腐蝕介質沿涂層擴展， 雖然表層涂層仍然完整， 但鋼管基體已經發生腐蝕。 在眾多金屬腐蝕與防護技術中， 超疏水表面改性技術一直是研究的熱點， 其具備優異的防垢、 防腐蝕、 減阻等特性

。固液表面接觸角θ 可評價液體對固體的潤濕程度， 隨著θ 的增大， 固體表面由親水表面 （潤濕， θ＜90°） 變為疏水表面 （不潤濕， θ＞90°），當θ＞120°時， 固體表面形成超疏水表面， 液體與固體表面的接觸面積顯著減小， 可減小固液之間發生物理、 化學反應的可能性， 從而提高金屬的耐蝕性

。

若能在X80 鋼表面構筑超疏水表面則可顯著提高基體的耐蝕性。 因此本試驗選用中俄東線用X80 鋼作為基體， 參考文獻[12-14]的方法， 利用混酸刻蝕+低能修飾法制備X80 鋼超疏水涂層， 研究不同刻蝕時間對疏水角的影響， 利用腐蝕電化學試驗和浸泡試驗研究超疏水X80 鋼表面涂層的耐蝕性。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

選用國內某鋼廠生產的中俄東線用X80 管線鋼作為基體材料， 其化學成分見表1。 其基體組織如圖1 所示， 主要為針狀鐵素體和少量QF。將原始X80 鋼板分別制成45 mm×15 mm×4 mm的長方體試樣與Φ20 mm×10 mm 的圓柱試樣。

1.2 混酸刻蝕+低能修飾法制備超疏水表面

圖2 所示為制備X80 鋼超疏水表面的試驗過程以及用到的主要試劑和溶液。 其中， 主要包括尿素溶液、 過氧化氫溶液、 混酸溶液、 無水乙醇和修飾液等。 在制備疏水表面涂層時，混酸刻蝕時間分別為0 min、 30 min、 40 min、50 min、 60 min、 70 min 和80 min， 低能修飾時間為1 h。

1.3 超疏水涂層X80 鋼性能測試

圖7 給出了接觸角為126°的試樣和X80 基體的極化曲線。 由圖7 可知， 超疏水試樣的腐蝕電位有了明顯的提升。 利用塔菲爾直線法擬合超疏水試樣和基體的腐蝕電流密度， 分別為3.16 μA/cm

和10 μA/cm

。 由此可見， 超疏水表面可以提高X80 鋼的自腐蝕電位， 降低X80鋼的腐蝕電流密度， 提高其耐蝕性。

2.4.1 電化學試驗

X80 基體試樣和超疏水試樣經0 h、 6 h、24 h、 72 h 和120 h 鹽水浸泡后的表面宏觀形貌分別如圖8、 圖9 所示。

2 結果與分析

2.1 表面宏觀形貌分析

2.2 涂層表面微觀形貌分析

①胎齡≥37周和＜34周，體重＜2000 g和≥2500 g新生兒；②有重度新生兒窒息、新生兒缺氧缺血性腦病、膽紅素腦病、新生兒腦炎、遺傳代謝病、巨細胞病毒感染等其他病因所致腦損傷的早產兒；③患兒母親孕期甲狀腺相關疾病；④患兒無嚴重的急、慢性疾病；⑤出院后不能在門診定期隨訪的患兒。

2.3 疏水性分析

3.2 體育課程內容豐富實用 體育課程內容是課程體系建設的最核心要素，也是組織開展體育課堂教學的重要載體。基于不同國家確立的體育課程目標的傾向性，各國在課程內容方面的設立也各具特色，但總體上反映出更加注重實際，確立的體育課程內容與生活實際高度關聯。

綜述，建筑精裝修的施工質量管理能有效保障企業根本利益，還能為企業發展提供嶄新平臺、提高市場競爭力。因此，我們必須加強建筑精裝修工程施工質量控制，仔細分析制定質量控制策略，進而促進企業自身發展。

2.4 耐蝕性分析

中小型民營企業保密資格認證“突擊過關”的現象比較突出。保密工作基礎薄弱，保密管理體系不夠完善，保密管理制度照搬照抄傳統軍工企業的現象比較普遍，在定密范圍控制、涉密人員與涉密載體管理、計算機信息系統管理和通信與辦公自動化設備管理上往往漏洞很多。

圖4 為不同刻蝕時間下X80 鋼表面疏水涂層的微觀形貌。 Cassie 超疏水模型理論指出， 當固體表面的粗糙不均勻性表現為一定程度的宏觀起伏時， 會達到超疏水條件。 由圖4 可知， 刻蝕時間為40 min 時， 試樣表面的微觀結構緊密， 且為微小雜糅狀顆粒； 刻蝕時間50 min 時， 微觀結構更為雜亂， 雜糅顆粒較大， 表面明顯變粗糙； 當刻蝕超過70 min 時， 表面存在較多的顆粒堆積， 粗糙度不均勻， 很難構造出模型所需要的表面結構。

鋼管電化學腐蝕與土壤中的酸溶液、 海水中的Cl

密切相關

。 本試驗采用Gamry 電化學工作站測試動電位極化曲線和開路電位， 測試系統采用三電極體系， 采用MDJ200 型金相數字顯微鏡對涂層的形貌進行觀察； 采用JC2000C1型靜滴接觸角測量儀測量疏水角， 待測樣品為工作電極， 飽和甘汞電極為參比電極， 試樣工作面積為3.14 cm

， 鉑鈮絲電極是輔助電極，腐蝕介質選用3.5%的NaCl 溶液， 掃描電壓范圍為-1.5～-0.5 V， 測試動電位極化曲線的掃描速率為1 mV/s。

2.4.2 鹽水浸泡試驗

Cl

很容易被金屬的孔隙所吸附， 并從縫隙中排出氧， 將不能溶解的氧化物轉變為可溶的氯化物， 從而使鈍化的表面變為有活性的表面

，因此利用鹽水浸泡試驗進一步評價試樣表面的耐蝕性。 試驗用NaCl 溶液濃度為3.5%， pH 值為中性， 將試樣同一時間放入所配制好的NaCl 溶液中， 每隔24 h 更換一次NaCl 溶液， 間隔不同的時間取出試樣觀察表面腐蝕的宏觀情況。

試樣表面疏水角隨刻蝕時間變化趨勢如圖5所示， 相應的疏水角測試結果如圖6 所示。 根據圖5、 圖6 可知， 當刻蝕時間為30 min 時， 疏水角達到90°以上， 最高為108°； 當刻蝕時間增加至40 min 時， 疏水角最高可達120°， 且已呈現出超疏水現象； 當刻蝕時間為50 min 時， 疏水角位于120°附近， 已具備明顯的超疏水性；疏水角在刻蝕時間為60 min 時出現最大值， 隨后隨著刻蝕時間的增長， 疏水角趨于穩定。

由 圖8 可 知， 浸 泡6 h 后， X80 鋼 表 面 開始失去金屬光澤， 而超疏水試樣表面相對變化不大； 浸泡24 h 后， X80 鋼表面的鈍化膜被破壞， 開始產生黃色腐蝕產物和黑色銹層。 根據圖9 （c） 可知， 超疏水試樣雖然開始出現黃色銹層但涂層依舊完整； 浸泡時間72 h 后， X80鋼表面的黃色腐蝕產物脫落沉積到燒杯底部，黑色銹層覆蓋表面絕大部分， 圖9 （d） 所示的超疏水試樣表面并未出現大面積的黑色銹層，只是開始出現少量的蝕點， 表面的黃色銹層的覆蓋面積增大但并未全覆蓋試樣表面， 表明鍍層被Cl

破壞； 由圖8 （e） 可知， 當浸泡時間達到120 h 后， X80 鋼基本被黑色銹層全部覆蓋，而圖9 （e） 所示的超疏水試樣表面的蝕點尺寸未發生明顯變化， 且新出現的蝕點數量較少， 黃色銹層基本覆蓋試樣涂層， 并且出現小面積的暗褐色銹層。 鹽水浸泡試驗表明： X80 鋼基體腐蝕嚴重， 超疏水試樣腐蝕傾向較弱， 不容易產生大面積的腐蝕產物， 不容易發生點蝕， 點蝕坑擴散速度較慢， 且耐Cl

腐蝕。

3 結 論

（1） 利用混酸刻蝕+低能修飾法可以在X80鋼表面制備超疏水涂層。 隨著刻蝕時間的增長，疏水角先增大后減小， 刻蝕60 min 制備的表面涂層疏水性最優， 且接觸角＞120°。

通過對陸九淵心學理論和社會工作增能理論的各自的理論創新特點進行比較，我們可以發現，它們在內外關系上的理論創新具有相似性。即，相對于各自的對手理論，這兩種理論的相似點在于，都由對手理論的更重視外部轉變為更重視內部。

（2） 超疏水涂層X80 鋼與基體相比， 自腐蝕電位高， 腐蝕電流密度小， 耐蝕性好。

（3） 超疏水涂層X80 鋼不易形成大面積的腐蝕層， 耐Cl

腐蝕性較好， 表面蝕點較少， 蝕點的擴散速率慢。

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