5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究精Word下载.docx

5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究精Word下载.docx

《5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究精Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究精Word下载.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

关键词:

　5083铝合金;

海水;

腐蚀电化学;

活性氯

中图分类号:

　O646　　　　　　　　　　文献标识码:

　A

接触海水的结构铝合金,面临腐蚀性很强的海水介质直接腐蚀,主要的腐蚀形式为局部腐蚀,其耐蚀性完全取决于钝化膜的完好程度与破裂后的自修复能力.海水中的Cl-对钝化膜的破坏作用尤其强烈,造成了铝合金在海水中的钝态不稳定.此外,海水中铝合金还会由于海生物的污损,从而加速了铝合金局部腐蚀,影响其正常使用.阴极保护是首选的、行之有效的金属防蚀手段.电解海水制氯可以通过电解海水产生氯气,次氯酸等有毒物质抑制海生物的污损[1].

电解海水产生的用于防止海生物污损的活性氯,通常是指具有氧化能力的各种氯的总和,主要包括Cl2,HClO,ClO-等形式,它们和海水中的溶解氧一样,都具有一定的氧化性.活性氯对铝合金的影响一方面是有利于维持合金的钝态,增加活性氯的供给,促进钝化膜的稳定性;

但另一方面又可能起着电化学腐蚀去极化剂的作用,从而破坏金属表面的钝化膜并诱发孔蚀[2,3],产生严重的局部腐蚀,这对于铝合金在海水中的腐蚀和电化学性能将产生不利的影响.本文针对在海洋腐蚀和污损环境中普遍应用的5083铝合金,研究其在静止海水中的腐蚀与电化学性能,同时通过研究活性氯对铝合金腐蚀电化学性能影响,明确了由电解海水产生的

防污活性氯浓度（0.2~0.5mgL范围,为

5083铝合金在海水中的防腐防污提供依据.

收稿日期:

2002208212,修订日期:

2002209223

通讯联系人Tel:

（8625325843204;

E2mail:

hongrenw@163.com国防型号科研课题（XK020401资助

1　试验材料及方法

1.1　试验材料及设备

试验用5083铝合金为轧制状态,其化学成分如表1所列.

电化学腐蚀实验使用的铝合金为面积1cm2（10mm×

10mm的片状试样,引出导线后镶嵌固化在环氧树脂中,表面用砂纸逐级研磨至2000#.全浸腐蚀试验试样尺寸为70mm×

25mm×

5mm,表面抛光除油,试验前后用电光天平称重,试样用ASTMG1281标准方法进行处理.表1　5083Tab.1　Elements

giCuCrZnAlCon.9.41.00.40.40.20.10.1~0.30.3Rem.试验介质采用常温青岛天然海水.电化学腐蚀试验采用SOLATRON1287电化学测试系统,Pt片作为辅助电极,饱和KCl甘汞电极作为参比电极.

1.2

　活性氯的制备

由于静止海水试验在较小的密闭体系中完成,本文不采取电解法制备活性氯,而是利用化学纯次氯酸钠配制含活性氯海水溶液,即按预定的活性氯浓度称取对应量的次氯酸钠溶解于海水中配制成,并采用N,N—二乙基对苯二胺—硫酸亚铁铵滴定法测定浓度.活性氯在海水中会逐渐分解失效,实验过程中,需要定期调整由此而产生的浓度变化.

1.3　试验方法

分别测定5083铝合金在含不同浓度活性氯的静止海水中的自然腐蚀电位,阴极极化和阳极极化曲线,扫速0.5mVs.其相应的阳极极化曲线采用循环极化（cyclicpolarization法,并

于阳极电流密度达到1mAcm2时进行反扫,以此研究铝合金的点蚀电位和点蚀保护电

位[4].

铝是两性金属,在酸性和碱性环境中均会遭受加速腐蚀.要解决铝合金的防腐防污问题,需同时考虑阴极过保护可能导致合金表面的碱性化,以及电解海水制氯时由于局部活性氯聚集而造成酸性环境.为此用HCl和NaOH调整海水的pH值分别为2.0,5.0,7.5（天然海水,10,12,通过对5083铝合金进行全浸腐蚀试验,以期进一步探明不同pH条件下铝合金的腐蚀情况.

依次对含有10,5,1,0.5和0mgL活性氯的海水进行5083铝合金的腐蚀失重试验,试验中根据活性氯在海水因分解而发生的浓度变化,定期更换海水.

2　试验结果与讨论

2.1　5083铝合金自然腐蚀电位及活性氯的影响

5083铝合金在海水中自然腐蚀电位及活性氯对其影响测定,每种浓度均由3个平行试样・16・第1期　　　　王洪仁等:

5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究

进行测试,连续监测自然腐蚀电位1h.图1示出5083铝合金自然腐蚀电位随海水中活性氯浓度的变化.图中所示的稳定自然腐蚀电位均取3个平行试样的测量平均值.

由图1可以看出,活性氯浓度对5083铝合金的自然腐蚀电位有明显的影响规律.除在0.5mgL的较低浓度下其自然腐蚀电位比天然海水中正移了30mV外,其余浓度下均使5083铝合金的腐蚀电位负移,其中在10mgL以内的负移趋势比较明显

.据图1,在本文设置的防污活性氯浓度范围（<

0.5mg

L内,活性氯对5083铝合金所产生的影响主要是氧化性的活性氯有利于铝合金的钝化,致使相关腐蚀电位正移,但这对铝合金的腐蚀和阴极保护电位的影响不大.在海水中活性氯浓度较大时,

使其腐蚀电位负移.

图1　活性氯浓度对5083铝合金在海水中的自然

腐蚀电位影响

Fig.1　Theeffectofactivechlorineconcentration

ontheEco

rrofalloyAA5083inseawater图2　5083铝合金在含不同活性氯浓度海水中的阴极极化曲线Fig.2　CathodicpolarizationcurvesofalloyAA5083inseawaterwithdifferentactive

chlorineconcentration

2.2　5083铝合金阴极极化行为及活性氯影响

图2是5083铝合金在海水中于不同活性氯浓度下的阴极极化曲线,可以看出,各极化曲线的Tafel斜率绝对值（即极化率随着活性氯浓度的增大而呈减小的趋势,但如浓度增至10

mgL以上时则变化趋缓

.图3示出由图2阴极极化曲线经分析处理得到的Tafel斜率（Bc及其腐蚀电流（icorr随活性氯浓度的变化.如图所见,低浓度下活性氯对5083铝合金自然腐蚀电流的影响不大,浓度达10mgL以上时,自然腐蚀电流则迅速增加

.以上表明,活性氯的存在对体系中电极表面的阴极反应有明显影响,随着活性氯浓度的增加,铝合金的阴极极化变得困难;

其自然腐蚀电流明显增大,但在所设计的防污活性氯浓度范围（0.2~0.5mg

L内,这种影响相对较小.低浓度下（<

5mgL,由于活性氯的氧化作用促进了铝合金钝化,致使腐蚀电流呈现减小的趋势.

・26・电　化　学2003年

自腐蚀　Fig.3　VarianceoftheBcandicorrwithactivechlo2rineconcentrationinseawater2.3　5083铝合金的阳极极化行为及活

　　性氯影响　　图4示出按循环极化技术测出的5083铝合金点蚀电位和点蚀保护电位在海水中

随活性氯浓度的变化曲线.可以看出,静止

海水中活性氯的浓度对5083铝合金的点蚀

电位和点蚀保护电位的影响并不明显,当活

性氯浓度为1mgL以下时,其Epit与Eprot的

差值Epit2Eprot呈增大趋势,表明该合金的耐

点蚀能力增强;

浓度超过1mgL,Epit2Eprot值逐渐减小,.即:

高浓度时　图4　活性氯浓度对5083铝合金在海水中的点蚀电

位和点蚀保护电位的影响　Fig.4　Theeffectofactivechlorineconcentration

onpittingcorrosionpropertyofalloyAA5083inseawater氧化性的活性氯则成为铝合金电化学腐蚀

的去极化剂,破坏其钝化膜并诱发点蚀.

2.4　活性氯浓度对5083铝合金腐蚀

　　率的影响

　　分别测定常温海水中不同活性氯浓度

下5083铝合金的腐蚀速度,周期10d.相关

实验数据列于表2.可以看出,同为10d的

试验期间内,活性氯浓度从10mgL变到0

mgL,其腐蚀率都很接近,表明在这一浓度

范围内活性氯对腐蚀速度没有明显的影响.试验后观察铝合金表面的腐蚀形貌,各

浓度下的试样表面均呈均匀致密的褐色膜层,有金属光泽,光照下可见彩色,且随活性氯浓度的减小,膜的颜色由深变浅.此外,试

样表面未发现局部腐蚀痕迹.

表2　5083铝合金在不同活性氯浓度海水中的腐蚀率Tab.2　VarianceofthecorrosionrateofalloyAA5083withactivechlorineconcentrationinseawater

Concentration,mgL

00.51510Corrosionrate,mma0.01010.00950.01080.00960.0104

2.5　pH值对5083铝合金腐蚀的影响

按上述全浸腐蚀试验方法测定海水的pH值对5083铝合金腐蚀的影响,周期10d,实验・

36・第1期　　　　王洪仁等:

数据包括腐蚀失重（腐蚀率以及稳定的自然腐蚀电位.结果如表3所列.

从表3数据可以看出,在酸性和碱性海水中合金的腐蚀速率均较天然海水中的增加了近2个数量级,自然腐蚀电位同时移正,说明海水的酸碱性（pH对5083铝合金的腐蚀行为影响很大.原因是海水不论其酸性、碱性均能使铝合金表面氧化膜加速破坏.另据Al2H2O系E2

pH图也可知,A1在酸性或碱性水溶液中均能遭受腐蚀

.酸性海水中铝合金溶解生成Al3+,碱性环境下生成AlO2-[5].研究表明,5083铝合金在3.5%NaCl溶液中碱性引起的腐蚀是由于表面氧化膜被破坏,活性的阴极沉淀物Al（Mn,Fe,Cu使其周围发生了半球状点蚀（局部腐蚀所致[6].

表3　5083铝合金在不同pHFig.3　VarianceoftherroErrtpHinseawater

2..007.4510.0012.00Corro,a

0.47480.00460.01010.00390.8152Ecorr,mV（vs.SCE-611-744-790-772-580

5083铝合金在不同pH值海水中腐蚀的表面形貌如下:

　pH=2.0　亮白色,但因酸性溶解表面有较多麻点,无金属光泽;

　pH=5.0　较试验前变深,略有金属光泽;

　pH=7.5　表面大部分为均匀致密的褐色膜,局部露出银白色基体,无光泽;

　pH=10.0　银白色,失去试验前金属光泽;

　pH=12.0　灰白色锈蚀,粗糙疏松,有絮状腐蚀产物脱落.

3　结　论

1对5083铝合金在静止海水中腐蚀的电化学研究,结合文献[7],其适宜的阴极保护电位范围为-0.95~-1.20V（vs.Cu

CuSO4.

2于海水中添加活性氯,总的影响规律是:

铝合金的自然腐蚀电位变负,阴极极化更难,腐蚀电流增加.在所设计的防污活性氯浓度范围（0.2~0.5mgL内,由于活性氯的氧化促进了表面钝化使腐蚀减轻,影响并不显著.

3静止海水中当活性氯的浓度低于1mgL时,其氧化作用有利于5083铝合金的钝化和耐点蚀能力提高,浓度高于1mgL,则其氧化性反起合金腐蚀的去极化剂作用,从而破坏了合金的钝化膜并诱发点蚀.

4海水pH值对5083铝合金的腐蚀影响较大,在强酸性和强碱性海水中,5083铝合金的腐蚀急剧增大,腐蚀率比天然海水中的高达2个数量级,电位正移近200mV.・46・电　化　学2003年

第1期　　　　王洪仁等:

5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究・65・StudyontheCorrosion&

ElectrochemicalPropertiesofAlloyAA5083andtheEffectofActiveChlorineinSeawater11122WANGHong2ren,WUJian2hua,WANGJun2tao,WANGHong2bin,FANGZhi2gang（1.QingdaoBranchofLuoyangShipMaterialResearchInstitute,Qingdao266071,China,2.OceanDevelopmentResearchCenter,Beijing100073,ChinaAbstract:

mersioncorrosionmethodwereusedtostudythecorrosionandelectrochemicalpropertiesofAA5083alloyinquiescentseawater,theeffectofactivechlorineonitspropertieswasalsostudied.TheresultsobtainedindicatethattheactivechlorinehasnoremarkableipactonmthecorrosionandelectrochemicalpropertiesofAA5083alloyinareaofdesignconcentrationwhichrangefrom0.2to0.5mgL,andithasfavorableinfluenceontheiprovementofpit2mKeywords:

chlorineReferences:

tingcorrosionresistance.WhilethepHvalueofseawaterhasevidentinfluenceonthecorro2sionresistanceofAA5083alloy.AlloyAA5083,Seawater,Corrosionandelectrochemicalproperty,Active[1]　WangGuangying,WangHaijiang,LiXinglian,etalCorrosionandProtectioninNatureEnviron2.ment:

Atmosphere,SeawaterandSoil[M].Beijing:

ChemicalIndustryPress,1997.chloridesulfatesolution[J].Corrosion,1989,45（11:

874.sionScience,1997,39（10:

1791.[2]　RuijiniG,SrivastavaAC,IvesMB.PittingcorrosionbehaviorofUNSN08904stainlesssteelina[3]　LaycockNJ,StewartJ,NewmanRC.Theinitiationofcrevicecorrosioninstainlesssteels[J].Corro2[4]　GrigorisEK,StefanosMS,EleniGP.AstudyonpittingbehaviorofAA2024SiCpcompositesusingthedoublecyclepolarizationtechnique[J].CorrosionScience,1999,41:

1185.[5]　HuShixin.CathodicProtectionEngineeringManual[M].Beijing:

ChemicalIndustryPress,1998.5%NaClsolution[J].CorrosionScience,2001,43:

16571674.～[6]　AballeA,BethencourtM,BotanaFJ,etalLocalizedalkalinecorrosionofalloyAA5083inneutral3..[7]　BS736121991CodeofpracticeforCathodicProtectionpart1:

landandmarineapplication[S].Inthispaperpotentiodynamictechnique,cyclicpolarizationtechniqueandi2m