苯甲酸鈉濃度對(duì)乙二醇-水溶液中3A21鋁合金電化學(xué)行為的影響

李宇，劉相，田科，周抗寒，張俊峰

苯甲酸鈉濃度對(duì)乙二醇-水溶液中3A21鋁合金電化學(xué)行為的影響

李宇1，劉相2，田科1，周抗寒2，張俊峰1

（1.湘潭大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心 人因工程國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

研究乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉（SB）含量對(duì)3A21 鋁合金腐蝕的影響，為預(yù)測(cè)長(zhǎng)期服役且含苯甲酸鈉的乙二醇-水溶液體系的腐蝕變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐。以乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的乙二醇-水溶液為基礎(chǔ)體系，通過(guò)SEM表征3A21鋁合金腐蝕前后的微觀組織結(jié)構(gòu)，利用開(kāi)路電位（OCP）、交流阻抗譜（EIS）和動(dòng)電位極化技術(shù)，研究3A21鋁合金在苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.80%的溶液中的電化學(xué)腐蝕行為。當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.80%時(shí)，隨體系中苯甲酸鈉含量的增加，3A21鋁合金的自腐蝕電流密度逐漸減小，當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.40%后，自腐蝕電流密度不再顯著降低。當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.40%時(shí)，自腐蝕電流密度由0 時(shí)的409.89 nA/cm2減小至1.40%時(shí)的220.92 nA/cm2；電荷轉(zhuǎn)移電阻逐漸增大，由0時(shí)的112.45 kΩ/cm2增加至1.40%時(shí)的204.82 kΩ/cm2。對(duì)3A21鋁合金表面形貌SEM測(cè)試，苯甲酸鈉的加入能有效抑制3A21鋁合金的腐蝕，苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%時(shí)，對(duì)3A21鋁合金的腐蝕抑制效果較好。苯甲酸鈉的引入能夠降低3A21鋁合金在乙二醇-水溶液中的腐蝕速率，在0～1.40%范圍內(nèi)，隨著乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉濃度的增大，其對(duì)3A21鋁合金的腐蝕抑制效果呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢(shì)。

苯甲酸鈉；3A21 鋁合金；乙二醇-水溶液；金屬腐蝕；交流阻抗譜；極化曲線

乙二醇液冷系統(tǒng)以乙二醇-水溶液為冷卻介質(zhì)，因其冰點(diǎn)低、傳熱性好等優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于雷達(dá)、汽車以及航天系統(tǒng)的冷卻回路[1-3]。實(shí)際使用條件下，尤其是航天設(shè)備的液冷回路中使用了大量的鋁合金，由于基于乙二醇的溶液在氧氣的情況下很容易引起酸性氧化過(guò)程，逐步生成乙醇酸和乙二酸等腐蝕介質(zhì)[4-6]。因此，在冷卻回路中已經(jīng)觀察到一些腐蝕問(wèn)題，但這種腐蝕機(jī)制可以通過(guò)在這些冷卻劑中添加緩蝕劑來(lái)抑制或抵消。

目前，苯甲酸鈉（SB）作為一種典型的非氧化型羧酸鹽緩蝕劑，應(yīng)用廣泛，其作用像是一種阻斷劑，主要依靠在材料表面吸附，形成保護(hù)屏障，來(lái)抑制腐蝕的發(fā)生，且吸附過(guò)程通常滿足Freundlich吸附模型[7-8]。苯甲酸鈉作為一類羧酸鹽緩蝕劑，具有良好的水溶性以及高的安全系數(shù)，其防護(hù)作用與接觸材料密切相關(guān)。Kaseem等[9]研究了苯甲酸鈉對(duì)6061鋁合金腐蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)同未添加苯甲酸鈉的樣品相比，添加了苯甲酸鈉的樣品膜層中α-Al2O3的比例更高，且生成的膜更致密。董榮芬等[10-11]證明苯甲酸鈉在乙二醇-水溶液體系中對(duì)鑄鋁也有明顯的緩釋作用，而且體系中苯甲酸鈉濃度越大，對(duì)鑄鋁的緩釋作用更明顯。Asadikiya等[12]研究了88 ℃下乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉緩蝕劑對(duì)3303鋁合金的腐蝕影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)極化曲線的陽(yáng)極和陰極的Tafel斜率影響不大，這意味著苯甲酸鈉的存在與否并不改變陽(yáng)極和陰極發(fā)生的反應(yīng)機(jī)制，且自腐蝕電流密度corr隨著苯甲酸鈉的存在而增加。

目前針對(duì)苯甲酸鈉的緩釋作用主要集中在非乙二醇-水溶液體系[13-14]，而針對(duì)苯甲酸鈉在乙二醇-水溶液中對(duì)接觸材料的腐蝕特性，卻少見(jiàn)報(bào)道。因此，乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉緩蝕劑含量對(duì)材料的腐蝕影響并不明確。本文以乙二醇-水溶液為基礎(chǔ)體系，采用了一系列電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，包括開(kāi)路電位、電化學(xué)阻抗譜和極化曲線，研究了乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉含量對(duì)3A21鋁合金腐蝕行為的影響，為研究乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉緩蝕劑含量對(duì)鋁合金腐蝕的影響提供數(shù)據(jù)參考，為預(yù)測(cè)含苯甲酸鈉的乙二醇-水溶液體系的使用壽命提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

金屬材料為3A21鋁合金，化學(xué)成分見(jiàn)表1。試樣尺寸為10 mm×10 mm×2.5 mm，一面焊接上銅線，用環(huán)氧樹(shù)脂將除工作面外的其他面封住。在測(cè)試前用400#、800#、1200#和2000#砂紙將工作面逐級(jí)打磨光亮，用無(wú)水乙醇沖洗后，放入超純水中超聲清洗10 min，而后取出用風(fēng)機(jī)冷風(fēng)快速吹干。

表1 3A21鋁合金的化學(xué)成分

Tab.1 Composition of 3A21 aluminum alloy wt.%

1.2 乙二醇-水溶液介質(zhì)

乙二醇-水溶液由乙二醇、去離子水和苯甲酸鈉組成，乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%，苯甲酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.80%，其余為去離子水。利用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH，pH范圍為8.0～8.5。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 電化學(xué)測(cè)試

利用CS 350電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，其中飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，鉑電極為輔助電極，被測(cè)試樣為工作電極。測(cè)試工作電極在含不同濃度苯甲酸鈉的冷卻液中浸漬3 600 s期間的開(kāi)路電位值。開(kāi)路電位測(cè)試完成后進(jìn)行電化學(xué)交流阻抗譜（EIS）的測(cè)試。測(cè)試頻率范圍為100 kHz～0.01 Hz，交流擾動(dòng)電壓幅值為10 mV，采用ZsimpWin 3.5軟件對(duì)電化學(xué)阻抗曲線進(jìn)行擬合。在電化學(xué)阻抗測(cè)試結(jié)束后，開(kāi)始動(dòng)電位掃描，掃描速率為0.3 mV/s，掃描電壓范圍為?0.25～0.5 V（vs. SCE）[4]。將極化曲線通過(guò)Tafel外推得到自腐蝕電流密度corr和自腐蝕電位corr。

1.3.2 SEM形貌分析

通過(guò)SEM對(duì)腐蝕產(chǎn)物形貌進(jìn)行分析，觀察含不同苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙二醇-水溶液中浸泡20 d后鋁合金3A21基體的腐蝕形貌，放大倍數(shù)為500。

2 結(jié)果與討論

2.1 3A21鋁合金電化學(xué)測(cè)試

圖1為在苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.80%的乙二醇-水溶液中穩(wěn)定1 h期間3A21鋁合金的開(kāi)路電位。從圖1可以看出，在浸泡初期，開(kāi)路電位的上升速率較快，浸泡1 h后均趨于穩(wěn)定。當(dāng)開(kāi)路電位穩(wěn)定時(shí)，未添加苯甲酸鈉的開(kāi)路電位值約為?0.92 V，而在苯甲酸鈉存在的情況下，3A21鋁合金測(cè)量結(jié)束時(shí)的開(kāi)路電位明顯正移，均大于?0.9 V。開(kāi)路電位的正移動(dòng)可能由于苯甲酸鈉吸附在3A21鋁合金表面的活性位點(diǎn)[15]，在鋁合金電極表面有膜不斷形成[16]，抑制了3A21鋁合金的腐蝕，且在浸泡初期膜形成的速率較快。

圖1 不同苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下3A21鋁合金穩(wěn)定1 h的開(kāi)路電位

圖2為3A21鋁合金在含苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.80%的乙二醇-水溶液中的極化曲線。從圖2中可以看出，在0～1.80%內(nèi)，測(cè)得的極化曲線均表現(xiàn)出tafel型行為，乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改變并未引起極化曲線形狀的變化，而且各曲線存在明顯的鈍化區(qū)，這意味著乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化并不改變陽(yáng)極和陰極發(fā)生的反應(yīng)機(jī)制，呈現(xiàn)相同的腐蝕行為[17]。從極化曲線來(lái)看，相較于未添加苯甲酸鈉，自腐蝕電位出現(xiàn)明顯的正移，這表明乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉的含量對(duì)3A21鋁合金的腐蝕有影響，苯甲酸鈉作為吸附型緩蝕劑，可以吸附在金屬表面，以抑制3A21鋁合金的腐蝕[18]。但隨著苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，自腐蝕電位并不呈現(xiàn)單一的正移，這可能意味著體系中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)陰、陽(yáng)極反應(yīng)均有影響。其中，陰、陽(yáng)極極化曲線具有明顯的線性Tafel區(qū)域，且陰極斜率整體上明顯大于陽(yáng)極的斜率。

對(duì)圖2中的極化曲線進(jìn)行擬合，所得的擬合參數(shù)如表2所示。其中corr為自腐蝕電位，corr為自腐蝕電流密度，a和b分別為陽(yáng)極和陰極的斜率。從表2可以看出，乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.40%時(shí)，3A21鋁合金的自腐蝕電流密度corr為200～410 nA/cm2。未添加苯甲酸鈉時(shí)，其自腐蝕電流密度為409.89 nA/cm2。相較于無(wú)苯甲酸鈉，在苯甲酸鈉存在的情況下，3A21鋁合金的自腐蝕電流密度明顯降低，均小于400 nA/cm2。隨著苯甲酸鈉含量的增加，其自腐蝕電流密度逐漸減小，當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%～1.80%時(shí)，自腐蝕電流密度變化不明顯。當(dāng)體系內(nèi)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%時(shí)，自腐蝕電流密度最小，為220.92 nA/cm2。當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量濃度較小時(shí)，金屬表面形成的吸附膜不完整，自腐蝕電流密度降低不明顯，而隨著濃度的增加，吸附膜逐漸變得致密完整，因此緩蝕效果增強(qiáng)，自腐蝕電流密度明顯降低。當(dāng)體系內(nèi)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.40%時(shí)，自腐蝕電流密度出現(xiàn)小幅度的增大，但增大不明顯。自腐蝕電流密度的大小與金屬的腐蝕速率相對(duì)應(yīng)，自腐蝕電流密度越小，3A21鋁合金腐蝕速率越小[7]。在這意味著當(dāng)乙二醇-水溶液中存在苯甲酸鈉時(shí)，能有效地降低3A21鋁合金的腐蝕速率，乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.40%時(shí)，3A21鋁合金的腐蝕速率隨著體系中苯甲酸鈉含量的增加而逐漸 降低。

圖2 不同苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下3A21 鋁合金的極化曲線

表2 在含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的苯甲酸鈉的乙二醇-水溶液中 3A21鋁合金極化曲線參數(shù)擬合結(jié)果

Tab.2 Fitting results of polarization curve parameters of 3A21 aluminum alloy in ethylene glycol-water solution containing sodium benzoate with different mass fractions

EIS測(cè)量不破壞吸附層可以精確地、快速地提供電化學(xué)過(guò)程動(dòng)力學(xué)信息，從而更好地了解發(fā)生在電極/溶液界面的腐蝕機(jī)理[19]。為進(jìn)一步分析3A21鋁合金表面的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行了阻抗譜測(cè)試。圖3為3A21鋁合金在苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.80%的乙二醇-水溶液中的阻抗譜數(shù)據(jù)及阻抗譜擬合曲線。苯甲酸鈉的加入和濃度變化并未改變阻抗譜的形狀，顯示只有1個(gè)電容回路，僅存在1個(gè)時(shí)間常數(shù)，說(shuō)明電荷轉(zhuǎn)移是主要的控制因素[20]。盡管苯甲酸鈉的加入和濃度的變化未導(dǎo)致阻抗譜形狀的改變，但其阻抗半徑各不相同，這意味著它們的極化電阻存在差異。阻抗半徑隨著苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改變而產(chǎn)生明顯差異。

圖3 不同苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下3A21 鋁合金的電化學(xué)阻抗譜數(shù)據(jù)及阻抗譜數(shù)據(jù)擬合曲線

苯甲酸鈉在3A21鋁合金表面的吸附使阻抗值增加，從而使得3A21鋁合金到了更多的保護(hù)[21]。為更好地分析理解阻抗譜，采用圖4所示的等效電路圖對(duì)阻抗譜進(jìn)行擬合。阻抗譜擬合結(jié)果見(jiàn)表3。其中s為溶液阻抗，ct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，dl為雙電層電容。

圖4 3A21鋁合金的電化學(xué)阻抗譜等效電路圖

從表3可以看出，在0～1.80%范圍內(nèi)，相較于未添加苯甲酸鈉，在苯甲酸鈉存在的情況下，3A21鋁合金的電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯增大，溶液電阻降低。其中，溶液電阻的降低，可能是由于加入苯甲酸鈉后增加了乙二醇-水溶液電導(dǎo)率增加，而電荷轉(zhuǎn)移電阻的增大，主要?dú)w因于吸附在3A21鋁合金表面的苯甲酸鈉形成了保護(hù)膜層，抑制了電荷轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致更大的電荷轉(zhuǎn)移電阻。當(dāng)體系內(nèi)不含苯甲酸鈉時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移電阻僅為112.45 kΩ/cm2，隨乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，電荷轉(zhuǎn)移電阻逐漸增大，當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.40%時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移電阻變化不明顯。這與自腐蝕電流密度的變化趨勢(shì)一致。當(dāng)體系內(nèi)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移電阻最大，為204.82 kΩ/cm2，相較于不含苯甲酸鈉情況，增大了82%。當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%～0.80%時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移電阻變化不大，這可能是由于體系內(nèi)苯甲酸鈉質(zhì)量濃度較低，保護(hù)膜的形成能力差異不大，對(duì)金屬材料的保護(hù)能力并未有顯著提高，因此電荷轉(zhuǎn)移電阻的變化并不明顯。當(dāng)苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%～1.80%時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移電阻略微降低，變化不明顯，這可能是由于體系內(nèi)苯甲酸鈉質(zhì)量濃度較高，形成膠束，導(dǎo)致苯甲酸鈉形成保護(hù)膜的能力有所降低[11]。

表3 3A21 鋁合金阻抗譜數(shù)據(jù)擬合結(jié)果

Tab.3 Fitting results of impedance spectrum data of 3A21 aluminum alloy

2.2 SEM形貌分析及成分分析

2.2.1 SEM形貌分析

圖5是3A21鋁合金試樣初始形貌和在含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)苯甲酸鈉的乙二醇-水溶液中浸泡20 d后的形貌。由圖5a可知，腐蝕前鋁合金表面有輕微的劃痕，但表面整體光潔，無(wú)明顯的蝕坑等腐蝕痕跡。從圖5可以看出，浸泡20 d后，通過(guò)SEM測(cè)試發(fā)現(xiàn)，3A21鋁合金表面腐蝕不明顯，僅存在少量的腐蝕點(diǎn)位。對(duì)比添加苯甲酸鈉前后試樣的腐蝕形貌可知，加入苯甲酸鈉后能有效地降低3A21鋁合金的腐蝕。這也為電化學(xué)測(cè)試的結(jié)果提供了直觀的證據(jù)，在乙二醇-水溶液中加入苯甲酸鈉可以抑制3A21鋁合金的腐蝕。對(duì)比圖5b—e可以看出，體系中苯甲酸鈉的含量對(duì)3A21鋁合金的腐蝕抑制效果有一定影響，苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%時(shí)，對(duì)3A21鋁合金的腐蝕抑制效果較好。

2.3 機(jī)理討論

針對(duì)3A21鋁合金材料，一般情況下，當(dāng)存在氧氣時(shí)，溶液中的溶解氧向鋁電極表面擴(kuò)散，鋁電極氧化溶解生成Al3+，在陰極處發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生OH?，兩者結(jié)合形成具備優(yōu)異的耐腐蝕性的Al2O3膜[22]。此外冷卻液介質(zhì)中的乙二醇和鋁合金還會(huì)形成醇-鋁膜。因此，3A21鋁合金腐蝕的主要反應(yīng)如下[23-24]。

圖5 含不同苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙二醇-水溶液中3A21鋁合金的腐蝕形貌

陽(yáng)極：Al → Al3++ 3e?

2Al3++ 6OH?→ Al2O3+ 3H2O

Al3++ 3OHCH2CH2O?→ Al(OHCH2CH2O)3

陰極：O2+ 2H2O + 4e?→ 4OH?

CH2CH2(OH)2+ e?→ HOCH2CH2O?+ H

苯甲酸鈉作為一類有機(jī)非氧化緩蝕劑，緩蝕作用主要依靠其在金屬表面形成的吸附膜。苯甲酸鈉離子中的羧基是極性基團(tuán)，可以吸附于金屬基體的表面活性點(diǎn)或整個(gè)表面，在金屬表面形成一層吸附層，進(jìn)而起到隔離金屬基體和腐蝕介質(zhì)的作用[25]。雖然苯甲酸鈉在材料表面的吸附和阻礙材料腐蝕的過(guò)程和機(jī)理復(fù)雜，但可以提出一種相對(duì)簡(jiǎn)單的吸附機(jī)制來(lái)闡明。如圖6所示，苯甲酸鈉離子中羧酸根離子的氧原子含有未成鍵電子對(duì)，使得苯甲酸鈉很容易在金屬表面吸附。此外，吸附的苯甲酸鈉緩蝕劑分子具備非極性基團(tuán)-苯基，還可以在材料表面形成一層疏水性保護(hù)膜，進(jìn)一步阻礙與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，降低材料的腐蝕速率。

圖6 苯甲酸鈉緩蝕保護(hù)機(jī)理圖

3 結(jié)論

1）苯甲酸鈉的加入能明顯降低3A21鋁合金的自腐蝕電流密度和增大電荷轉(zhuǎn)移電阻，有效地降低3A21鋁合金在乙二醇-水溶液中的腐蝕速率。在所選濃度范圍內(nèi)，乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，對(duì)3A21鋁合金的腐蝕抑制效果逐漸增強(qiáng)。苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.40%時(shí)，自腐蝕電流密度隨乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小，由0時(shí)的409.89 nA/cm2減小至1.40%時(shí)的220.92 nA/cm2；電荷轉(zhuǎn)移電阻隨苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，由0時(shí)的112.45 kΩ/cm2增加至1.40%時(shí)的204.82 kΩ/cm2。苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.40%時(shí)，自腐蝕電流密度和電荷轉(zhuǎn)移電阻不再顯著變化。

2）乙二醇-水溶液中苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～1.40%時(shí)，苯甲酸鈉的引入能有效抑制3A21鋁合金腐蝕的發(fā)生。

3）針對(duì)長(zhǎng)期服役且含苯甲酸鈉的乙二醇-水溶液體系，可通過(guò)追蹤苯甲酸鈉濃度的衰減變化，預(yù)測(cè)其服役過(guò)程中的腐蝕規(guī)律。

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Effect of Sodium Benzoate Concentration on Electrochemical Behavior of 3A21 Aluminum Alloy in Ethylene Glycol Aqueous Solution

1,2,1,2,1

(1. College of Environment and Resources, Xiangtan University, Hunan Xiangtan 411100, China; 2. National Defense Science and Technology Key Laboratory of Human Factors Engineering, Astronaut Center of China, Beijing 100094, China)

In order to study the effect of sodium benzoate content in ethylene glycol aqueous solution on the corrosion of 3A21 aluminum alloy, and provide data support for predicting the corrosion change law of ethylene glycol aqueous solution system with long-term service and sodium benzoate. The microstructure of 3A21 aluminum alloy before and after corrosion was characterized by SEM based onethylene glycol aqueous solution with ethylene glycol mass fraction of 36wt.%. The electrochemical corrosion behavior of 3A21 aluminum alloy with sodium benzoate mass fraction of 0～1.80wt.% was studied by open circuit potential (OCP), AC impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization technology. During 1 h of stabilization, the open circuit potential of 3A21 aluminum alloy shifted toward more positive values at the end of the immersion period. When the mass fraction of sodium benzoate is inthe range of 0-1.80wt.%, the change of sodium benzoate mass fraction in ethylene glycol aqueous solution did not change the reaction mechanism of anode and cathode, showing the same corrosion behavior. when the mass concentration of sodium benzoate was small, the adsorption film formed on the metal surface was not complete, with the increase of sodium benzoate mass fraction in the system, the adsorption film gradually became dense and complete, so the inhibition effect was enhanced and the self-corrosion current density was significantly reduced. The self corrosion potential showed positive and negative shifts, meanwhile, the self corrosion current density of 3A21 aluminum alloy decreased, From 409.89 nA/cm2at 0 to 220.92 nA/cm2at 1.40wt.%. The change of sodium benzoate concentration in the system did not lead to the change of impedance spectrum shape. There was only one time constant in the impedance spectrum, which showed a semicircular capacitive reactance arc reflecting the resistance capacitance relaxation process composed of charge transfer resistance and electric double-layer capacitance. Because sodium benzoate was adsorbed on the surface active point or the whole surface of the metal matrix, the transfer of charge or substance related to corrosion reaction was hindered. The charge transfer resistance increased with the increase of sodium benzoate mass fraction in the system, from 112.45 kΩ/cm2at 0 to 204.82 kΩ/cm2at 1.40wt.%. SEM test showed that the surface of 3A21 aluminum alloy was relatively flat, but some corrosion problems were also observed. There is only a small amount of local corrosion on the surface of 3A21 aluminum alloy sample. Therefore, the corrosion of 3A21 aluminum alloy in ethylene glycol aqueous solution is mainly uniform corrosion. In addition, the addition of sodium benzoate can reduce the corrosion rate of 3A21 aluminum alloy. Within the selected test concentration range, with the increase of sodium benzoate concentration in ethylene glycol aqueous solution, its corrosion inhibition effect on 3A21 aluminum alloy increased. For the long-term service ethylene glycol aqueous solution system containing sodium benzoate, the corrosion law can be predicted by tracking the attenuation change of sodium benzoate concentration.

sodium benzoate; 3A21 aluminium alloy; glycol-water solution; metal corrosion; AC impedance spectroscopy; polarization curve

TG172

A

1001-3660(2023)02-0282-07

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.02.026

2021–12–13；

2022–05–1

2021-12-13；

2022-05-19

人因工程國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究基金（SYFD 062004）

Independent Research Fund of National Defense Science and Technology Key Laboratory of Human Factors Engineering (SYFD 062004)

李宇（1998—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。

LI Yu (1998-), Male, Postgraduate, Research focus: environmental engineering.

劉相（1983—），男，博士，助理研究員，主要研究方向?yàn)榄h(huán)控生保技術(shù)。

LIU Xiang (1983-), Male, Doctor, Assitant research fellow, Research focus: environment control and life support system of spacecraft.

田科（1988—），女，博士，副教授，主要研究方向?yàn)楣虖U資源化處理。

TIAN Ke (1988-), Female, Doctor, Associate professor, Research focus: resource recovery of solid waste.

李宇, 劉相, 田科, 等. 苯甲酸鈉濃度對(duì)乙二醇-水溶液中3A21鋁合金電化學(xué)行為的影響[J]. 表面技術(shù), 2023, 52(2): 282-288.

LI Yu, LIU Xiang, TIAN Ke, et al. Effect of Sodium Benzoate Concentration on Electrochemical Behavior of 3A21 Aluminum Alloy in Ethylene Glycol Aqueous Solution[J]. Surface Technology, 2023, 52(2): 282-288.

責(zé)任編輯：萬(wàn)長(zhǎng)清