鋁酸鈉溶液中濃度對12Cr1MoV 鋼腐蝕行為的影響

苑京久，陳朝軼，李軍旗，權(quán)變利，付慧，蓋家萱

（1.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴陽 550025；2.貴州省冶金工程與過程節(jié)能重點實驗室，貴陽 550025）

1 實驗

1.1 材料與腐蝕介質(zhì)

12Cr1MoV 鋼為實驗用鋼，其化學(xué)成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）為：C 0.145%，Cr 0.984%，Mo 0.218%，V 0.180%，Si 0.234%，Mn 0.610%，F(xiàn)e 余量。將12Cr1MoV 鋼切割成尺寸為15 mm×10 mm×2 mm 的試樣，經(jīng)120#—1500#的SiC 砂紙逐級打磨，使用金剛石拋光膏（2.5 μm）拋光，用丙醇、酒精和蒸餾水清洗干凈，冷風(fēng)吹干，稱量，測尺寸。

1.2 實驗方法

采用高壓反應(yīng)釜將12Cr1MoV 鋼試樣在110 ℃浸泡腐蝕1～5 d，高壓反應(yīng)釜中鋼彈內(nèi)溶液體積為120 mL。采用SEM（SUPRA 40，Zeiss）對浸泡腐蝕后的試樣進(jìn)行表面形貌表征。采用 EDS（Aztec，Oxford Instruments）進(jìn)行化學(xué)元素分析。采用XRD（X′pert Pro MPD，PANalytical）進(jìn)行物相分析。采用XPS（K-Alpha+，Thermo Fisher Scientific）對腐蝕產(chǎn)物元素價態(tài)做進(jìn)一步分析。根據(jù)文獻(xiàn)[16]中的方法獲取腐蝕失重數(shù)據(jù)，經(jīng)計算得到腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 腐蝕產(chǎn)物物相分析

圖1 不同濃度下腐蝕產(chǎn)物的XRD 圖Fig.1 XRD patterns of corrosion products at different concentrations of

圖2 不同濃度下腐蝕產(chǎn)物中Fe2p、O1s、Al2p 的XPS 譜圖Fig.2 XPS spectra of Fe2p (a), O1s (b), and Al2p (c) in corrosion products at different concentrations of S2O32-

2.2 腐蝕速率分析

圖3 不同S2O32-濃度下12Cr1MoV 鋼的腐蝕速率變化Fig.3 Change of corrosion rate of 12Cr1MoV steel at different concentrations of S2O32-

2.3 SEM-EDS 分析

圖4 12Cr1MoV 在不同濃度的鋁酸鈉溶液中腐蝕5 d 后的表面形貌Fig.4 Surface morphology of 12Cr1MoV steel corroded in sodium aluminate solution with different concentrations of for 5 d

圖5 圖4 中各點的EDS 分析Fig.5 EDS analysis of Fig.4: a) point 1, b) point 2, c) point 3

表1 不同濃度下12Cr1MoV 鋼腐蝕5 d 后的表面EDS 分析（面掃描）Tab.1 Surface EDS analysis (mapping) of 12Cr1MoV steel corroded in different concentrations of solution for 5 d wt.%

表1 不同濃度下12Cr1MoV 鋼腐蝕5 d 后的表面EDS 分析（面掃描）Tab.1 Surface EDS analysis (mapping) of 12Cr1MoV steel corroded in different concentrations of solution for 5 d wt.%

Concentration of S2O32-/(g·L-1)O Na Al S Cr MnFe 1 12.52 0.38 5.83 0.17 1.59 0.17 79.34 2 14.28 0.55 1.69 0.16 2.52 0.48 80.32 3 16.09 0.15 1.10 0 0.69 0.33 81.64 4 20.43 0.27 1.60 0.18 2.09 0.58 74.85 5 26.80 0.25 1.57 0.72 0.83 0.62 69.21

2.4 交流阻抗分析

圖6 為不同濃度S2O32-下12Cr1MoV 鋼測得的交流阻抗圖譜。從圖6 中的Nyquist 圖可知，隨著S2O32-濃度的增加，容抗弧半徑逐漸增大，4 g/L 時容抗弧半徑最大，此時鋼最耐蝕，這可能與Fe3O4層的生成有關(guān)。根據(jù)圖6，需要考慮2 個時間常數(shù)（狀態(tài)變量），分別反映電極表面的性質(zhì)和電極表面電荷的轉(zhuǎn)移。

圖6 12Cr1MoV 鋼在含不同濃度的鋁酸鈉溶液中腐蝕5 d 后測得的交流阻抗圖譜Fig.6 Measured EIS spectrum of 12Cr1MoV steel after being corroded in sodium aluminate solution containing with different concentrations of for 5 d

擬合分析使用的等效電路圖如圖7 所示，得到的結(jié)果如表2 所示。等效電路圖中，Rs是含硫鋁酸鈉溶液的電阻，Rf是12Cr1MoV 鋼表面腐蝕產(chǎn)物層的電阻，Qf表示12Cr1MoV 鋼表面腐蝕產(chǎn)物層電容，Rct表示電荷轉(zhuǎn)移電阻，Qct表示雙電容層電容。隨著S2O32-濃度逐漸提高，Rf和Rct數(shù)值逐漸增大，鋼的耐蝕性逐漸增強。當(dāng)質(zhì)量濃度為4 g/L 時，鋼表面的產(chǎn)物層電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻達(dá)到最大值，此時鋼的耐腐蝕性較好；當(dāng)質(zhì)量濃度為5 g/L 時，由于腐蝕產(chǎn)物層脫落，Rf和Rct的數(shù)值減小。

圖7 Nyquist 等效電路圖Fig.7 Nyquist equivalent circuit diagram

表2 12Cr1MoV 鋼在含不同濃度的酸鈉溶液中腐蝕5 d 后測得的阻抗參數(shù)Tab.2 Measured impedance parameters of 12Cr1MoV steel after being corroded in sodium aluminate solution with different concentrations of for 5 d

表2 12Cr1MoV 鋼在含不同濃度的酸鈉溶液中腐蝕5 d 后測得的阻抗參數(shù)Tab.2 Measured impedance parameters of 12Cr1MoV steel after being corroded in sodium aluminate solution with different concentrations of for 5 d

Concentration of S2O32-/(g·L-1) Rf/(Ω·cm2) Rct/(Ω·cm2)1 556 39 2 886 194 3 990 387 4 1284 816 5 963 434

2.5 極化曲線分析

圖8 12Cr1MoV 鋼在不同濃度下的極化曲線Fig.8 Polarization curves of 12Cr1MoV steel after corrosion in the solution with different concentration of

表3 12Cr1MoV 鋼在不同濃度下的電化學(xué)參數(shù)Tab.3 Electrochemical parameters of 12Cr1MoV steel atdifferent concentrations of

表3 12Cr1MoV 鋼在不同濃度下的電化學(xué)參數(shù)Tab.3 Electrochemical parameters of 12Cr1MoV steel atdifferent concentrations of

Concentration of S2O32-/(g·L-1) Ecorr/mV Jcorr/(μA·cm-2)1 -1288.93 25.25 2 -1268.12 23.64 3 -1302.30 25.39 4 -1242.65 165.94 5 -1270.88 238.28

3 結(jié)論