不同濃度氯化鈉環(huán)境下雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性研究

解婧陶 王欽娟

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院 福建 福州 350007)

0.引言

近年來，我國汽車數(shù)量呈現(xiàn)大幅增長趨勢，這也使自然環(huán)境污染形勢日益嚴峻，為了降低汽車尾氣給自然環(huán)境造成的污染，改善汽車汽油質(zhì)量是非常必要的，而在通過化學(xué)方法對汽車汽油質(zhì)量進行改善過程中，烷基化油這一物質(zhì)在其中所發(fā)揮的作用是非常重要的，但對于烷基化油的生產(chǎn)來說，則需要通過氫氟酸來進行催化。氫氟酸屬于一種酸性物質(zhì)，其腐蝕性非常強，而如果采用氫氟酸來對烷基化油進行催化，則無疑會腐蝕設(shè)備，因此需要確保設(shè)備的材質(zhì)能夠具備很強的抗腐蝕性能，這也使人們經(jīng)常應(yīng)用雙相不銹鋼來當作烷基化油生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)，不過，在實際生產(chǎn)過程中，氫氟酸中常常含有濃度不同的氯化鈉，這些氯化鈉會對雙相不銹鋼的抗腐蝕性產(chǎn)生怎么樣的影響，也已成為諸多科研人員非常關(guān)注的話題。因此，對不同濃度氯化鈉環(huán)境下雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性進行深入的研究，是具有重要現(xiàn)實意義的。

1.不同濃度氯化鈉環(huán)境下雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性實驗環(huán)境

1.1 雙相不銹鋼試件的制作

為了更好的對不同濃度氯化鈉環(huán)境下雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性進行深入的研究，首先需要建立一個具備不同濃度的氯化鈉環(huán)境，這也是對雙相不銹鋼抗腐蝕性進行研究的首要步驟。在本次實驗中，將2205 雙相不銹鋼當作實驗材料，為了使實驗效果變得更加直觀，需要將2205 雙相不銹鋼材料加工成一個長度為10mm，寬度為10mm，高度為2mm 的試件。在試件加工完畢后，需要對電化學(xué)測試試樣進行制備，工作面的預(yù)留尺寸應(yīng)為邊長為10mm 的正方形。為了能夠更加容易的觀察該試件在受到腐蝕后的表面效果，需要將該試件進行拋光，拋光之前應(yīng)先用240# 至1500# 的耐水砂紙進行打磨，打磨完畢后進行拋光，然后采用無水乙醇以及離子水對該試件表面進行清洗，最后將其置于干燥容器中進行干燥，以便于后續(xù)對該試件進行測試。

1.2 不同濃度氯化鈉的5%氫氟酸溶液配制

在對不同濃度氯化鈉環(huán)境下的雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性進行實驗時，需要借助于實驗介質(zhì)，由于本實驗是測試雙相不銹鋼在不同濃度氯化鈉環(huán)境下所具備的抗腐蝕特性，因此需要配制含有不同濃度氯化鈉的5%氫氟酸溶液，可將氯化鈉溶液中的濃度劃分為四個等級，即0.03mol/L、0.02mol/L、0.015mol/L 以及0mol/L。在對這些氫氟酸溶液進行配制時，主要是通過去離子水與純試劑方法進行配制的。

2.雙相不銹鋼氫氟酸在不同濃度氯化鈉環(huán)境中的抗氫氟酸腐蝕性實驗操作

在進行實驗時，由于原來的2205 雙相不銹鋼試件尺寸長為35mm，寬為25mm，高度為3mm，因此需要先利用耐水砂紙打磨2205 雙相不銹鋼試件，使雙相不銹鋼試件的表面打磨精度為1000#，然后利用酒精對雙相不銹鋼試件表面進行擦試，待雙相不銹鋼試件表面中的打磨顆粒吹干后將其置于干燥容器中放置一天，并通過BS224S 天平對該試件的質(zhì)量進行稱重，同時對試件的表面積進行記錄。記錄完畢后將該試件放到含有不同濃度氯化鈉的5%氫氟酸溶液中進行浸泡，待72小時過后，將其取出并吹干，然后利用除銹液對試件進行清洗去銹，并采用去離子水將試件進行清洗干凈，利用酒精擦試浸泡后的試件并放到干燥容器中進行干燥，經(jīng)過24 個小時后將其取出，然后利用BS224S 天平對該試件質(zhì)量進行二次稱重，并進行記錄，然后將這根據(jù)兩次記錄的質(zhì)量對受到不同濃度氯化鈉的氫氟酸溶液腐蝕后的試樣平均腐蝕速率進行計算。

在對2205 雙相不銹鋼試件進行電化學(xué)測量時，主要是通過PARSTAT2273 測試系統(tǒng)來實現(xiàn)的，在該測試系統(tǒng)中，主要包括三種電極，分別是工作電極、輔助電極以及參比電極，其中，由試樣充當工作電極，由石墨充當輔助電極，由飽和甘汞電極充當電化學(xué)測量系統(tǒng)的參比電極。在對不同濃度氯化鈉環(huán)境下的雙相不銹鋼試件抗氫氟酸腐蝕特性所表現(xiàn)出的極化曲線進行測試時，主要是利用動電位極化方法來實現(xiàn)的，在對該試件進行電位掃描時，開路電位-0.2V 為掃描初始點，電位鈍化處為掃描終止點。在電化學(xué)測試中，電位掃描速度在0.5mV/s 左右，電化學(xué)阻抗的電位為Ecorr，其測量頻率范圍設(shè)置成100kHz~100mHz，交流電壓幅值約為10mV，在電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)擬合方面，主要是通過ZSimpWin3.21 軟件來實現(xiàn)的。

3.不同濃度氯化鈉環(huán)境下雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性結(jié)果分析及討論

3.1 測試結(jié)果

為了對不同濃度氯化鈉環(huán)境下的雙相不銹鋼抗氫氟酸腐蝕性進行分析，本文分別采用了浸泡實驗方法、極化行為測試以及電化學(xué)阻抗測試，在浸泡實驗方法的數(shù)據(jù)記錄結(jié)果中可以了解到，溶液中的氯化鈉含量越少，則雙相不銹鋼的抗氫氟酸腐蝕性就越好。在極化行為測試中，需要先配置含有不同氯化鈉濃度的5%氫氟酸溶液，然后將雙相不銹鋼試件分別放置到上述四個等級的氫氟酸溶液中，并對其極化曲線進行測試。測試結(jié)果可利用平面坐標系來進行表示。測試結(jié)果表明，氫氟酸溶液中的氯化鈉濃度越高，則雙相不銹鋼試件的極化曲線便越靠右，這說明了2205 雙相不銹鋼試件在含有氯化鈉濃度越高的環(huán)境中，其抗氫氟酸腐蝕性能力就越弱。通過對雙相不銹鋼試件的腐蝕速率進行極化曲線數(shù)值擬合，可以看出0.020mol/L 與0.03mol/L 濃度的氯化鈉5%氫氟酸溶液中，雙相不銹鋼試件的腐蝕速率明顯加快，特別是濃度為0.03mol/L 氯化鈉的5%氫氟酸溶液中的雙相不銹鋼試件，其腐蝕速率要明顯高于前者，而在0.015mol/L 濃度氯化鈉的5%氫氟酸溶液中，雙相不銹鋼試件的腐蝕速率則要比0.02mol/L 和0.03mol/L的溶液要低，其中尤以不含氯化鈉的氫氟酸溶液的雙相不銹鋼試件的腐蝕速率最低，這和浸泡實驗中的結(jié)果是一致的。在電化學(xué)阻抗測試中，需要將雙相不銹鋼試件分別置于不同氯化鈉濃度環(huán)境下的氫氟酸溶液中，并對其阻抗測試曲線進行觀察，觀察結(jié)果表明，雙相不銹鋼試件在含有不同氯化鈉濃度的5%氫氟酸溶液中，試件均表現(xiàn)出容抗弧特征，并且氫氟酸溶液中的氯化鈉濃度越高，則這種容抗弧特征的表現(xiàn)就越明顯，其直徑是呈現(xiàn)出線性下降趨勢的，這也進一步說明了雙相不銹鋼試件在氯化鈉濃度越低的氫氟酸溶液中，其腐蝕反應(yīng)會趨于平穩(wěn)，反之則越來越劇烈，試件的抗腐蝕性能直接與腐蝕反應(yīng)的劇烈程度有著直接的聯(lián)系。

3.2 討論

利用PH 測定法對含有不同氯化鈉濃度的5%氫氟酸溶液的PH值進行測定，測定結(jié)果表明，不含氯化鈉的氫氟酸溶液相比于其他含有氯化鈉的氫氟酸溶液，其PH 值的測定結(jié)果顯示為弱酸，而含有氯化鈉的氫氟酸溶液則隨著氯化鈉含量的不斷增多而越來越趨近于強酸。在不含氯化鈉的氫氟酸溶液中，其PH 值測定結(jié)果為2.36，含有0.015mol/L 氯化鈉的5%氫氟酸溶液的PH 值則為2.23；含有0.02mol/L 氯化鈉濃度的 5%氫氟酸溶液的 PH 值測定結(jié)果為 2.12；含有0.3mol/L 氯化鈉濃度的5%氫氟酸溶液的PH 值測定結(jié)果為1.95，這說明氯化鈉濃度越高，則氫氟酸的酸性就越強，由于2205 雙相不銹鋼試件在受到氫氟酸腐蝕時，反應(yīng)類型為陰極反應(yīng)，這在極化曲線中可以非常清晰的看出，由于氯化鈉含量的增加，使氫氟酸溶液的PH 值越來越低，從而增加了氫離子的濃度，這也使氫離子都參與到陰極反應(yīng)中，進而使鈍化膜更快溶解，當鈍化膜被局部溶解后，會使電子與離子之間對電阻的傳遞速度進一步降低，從而增加了試件表面中的活性溶解點，進而加快了雙相不銹鋼試件的腐蝕速率。

4.結(jié)語

綜上所述，本文以2205 雙相不銹鋼試件為例，以此深入研究了不同濃度氯化鈉環(huán)境下雙相不銹鋼材料的抗氫氟酸腐蝕性，研究結(jié)果表明，隨著氫氟酸溶液中的氯化鈉濃度升高，2205 雙向不銹鋼試件受到氫氟酸的腐蝕速率也會隨之加快，之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因為氫氟酸溶液中的氯化鈉會使其得到稀釋，被稀釋后的氫氟酸溶液PH值會逐漸降低，此時氫離子的數(shù)量會大大增加，這也使更多的氫離子會參與到氫氟酸溶液與雙相不銹鋼試件的陰極反應(yīng)當中去，從而進一步加快了陰極析氫反應(yīng)，隨著陰極析氫反應(yīng)的越來越劇烈，會使雙相不銹鋼試件中的鈍化膜更快的被溶解掉，進而使試件表面產(chǎn)生更多的活性溶解點，大量活性溶解點的出現(xiàn)，會進一步加快氫氟酸對雙向不銹鋼試件的腐蝕速率，從而使雙向不銹鋼試件受到更嚴重的腐蝕。