点蚀温度测试池在腐蚀研究中的应用

点蚀温度测试池在腐蚀研究中的应用 1点蚀温度测试池简介 点蚀温度测试池(FlexCellTM Critical pitting Temperature Cell Kit)用于解决平板试样设计中遇到的问题一试样密封造成的缝隙腐蚀。该装置采用“A Floodedgasket seal"设计防止了试样和试样架之间的缝隙腐蚀。这种简单而精密的设计使该装置简单易用且避免了缝隙腐蚀的问题。 图1点蚀温度测试池 图1是点蚀温度测试池实物图。该装置的基底由聚四氟乙烯制成(三个端口和两个O-型密封圈)，基底上方是玻璃罩，，合含7个端口(4个7ACE线程，2个24/40标准锥度，1个 SJ 35球形接头)。。平板试样安装在聚四氟乙烯基底的“flooded gasket”下方，三个端口分别用于 DI水源，温度传感器和参比电极。。而玻璃罩上的端口分别为石墨计数器(Ace#7)，气体分散管(ST24/40)，搅拌棒(center ST 24/40)和内置聚四氟乙烯涂覆铜圈(2×Ace#7)。铜线圈用于冷却，加热套进行加热。另外两个端口为预留端口(1 Ace#7，球形接头)。 搅拌对该装置来说是必须的，，因为如果缺少对流，“flooded gasket"会产生壁垒，电极表面变成腐蚀自由区。轻轻的搅拌就能避免这个问题，使电解液/电极表面性质在实验过程中保持恒定。 研究者希望通过研究临界点蚀温度以消除缝隙腐蚀。临界点蚀温度测试 池、CPT100 软件和 TDC4 温度控制器是点蚀研究的理想选择。 2点蚀温度测试池在腐蚀研究中的应用 2.1 Flexcell 研究双相不锈钢的临界点时温度 L. Peguet 和 A. Gaugain"等人研究了 22-05双相不锈钢的临界点蚀温度。不锈钢的耐点蚀性通常由点蚀电位来讨论，这个参数随机性大且对环境因素敏感。对于耐腐蚀性好的不锈钢，温度是重要的影响因素，因此出现了临界点蚀温度(CPT)这个定义， CPT 以下点蚀电位经历了巨大转变。 CPT 主要取决于电位、pH、和氯离子浓度。然而近期研究表明， CPT还受电解液成份、表面状态和极化的影响。该部分研究了 22-05双相不锈钢的 CPT 实验材料为从 8mm厚钢板切割的22-05双相不锈钢。电化学实验在 0.5MNaCl 溶液中进行，点蚀电位和温度通过多通道电化学池研究(12个试样同时极化)。开路电位 15min 以后进行极化。 电流-温度曲线在多通道电化学池中通过恒电位方法获得。图2是0.5M NaCl溶液中恒电位方法获得的22-05双相不锈钢点蚀温度。低电位区域，温度100℃以下少数试样发生点蚀。电位在350~500mV范围内分散严重，这是点蚀电位对温度的依赖性。另一方面，在高电位区不希望有这样的分散。但是点蚀温度仍然对电位敏感。电位在500~800mV/SCE时，点蚀温度上升。因此不可避免会对 CPT估值过高(Flexcell TM- Gamry). 图20.5M NaCl 溶液中恒电位方法获得的22-05双相不锈钢点蚀温度 CPT转变的统计分析 Shibata 和 Takeyama 认为点蚀可通过电位函数计算： n/(N+1)，其中N为测试的试样数，n为 nth 点蚀试样。图3是不同温度点蚀倾向图。高温对点蚀的影响不大，50℃出现垂直线是因为过钝化。一般来说，点蚀电位随着温度的降低而增大。该曲线都呈现为两段折线，如62℃，第一段折线在350~450mV/SCE 范围内，第二段折线在 450~750mV/SCE 范围。温度接近 CPT， 如果 400mV/SCE之前没有发生点蚀，电位会达到过钝化并导致瞬态转变：低于 300mV/SCE，高于900mV/SCE。 图3不同温度点蚀倾向图 表面积对 CPT的影响 计算点蚀趋势势必须要考虑表面积的影响。Baroux 认为可以定义单位面积ω基本点蚀概率，如果表面S 被分割成很多独立的小部分8S， 点蚀趋势P(S)通过式(1)来计算： 当8S→0： 因此： 本研究中， TTI 主要受试样表面积的影响。为了评估这个影响，ω可通过图 (3)和式(3)“点蚀 vs.过钝化”计算。对于裸金属表面，通过式(2)计算。这个过程可被重复直到理想情况下无限表面积。以上研究结果表明，大表面积导致尖锐转变。因此表面积足够大时可得到更精确的 CPT 转变精度(<1℃)。 CPT 可被保守的定义为 50℃ TTI 的下限。例如，由 Flexcell 得出如下结果，5cm²试样点蚀温度的精度为7℃，0.785 cm²为10℃。点蚀温度发生的概率约为0.5，，因此 CPT会在52~54℃。试样表面积增大，点蚀电位增大， CPT也增大。 2.2 Flexcell 研究 316L 管线钢在海水中的腐蚀行为 L. L. Machuca， L. Murrayl2]等人研究了 316L管线钢在海水中的腐蚀行为。在这里我们主要讨论电化学测试部分。实验材料为316L不锈钢，其成份为 Cr 16.92，Ni 10.11， Mo 2.05， N 0.05， Mn 1.38， C 0.016， S 0.001， Fe bal。海水是在印度洋 Rottness 岛 20m 深处收集。每 60um 过滤海水中加入100ppm ABS 脱氧剂和550ppm 四(羟甲基)硫酸盐。电化学实验使用美国 Gamry 公司的 FlexcellTM， “Acrevice -free pitting evaluation system”被用来研究 316L 不锈钢在不同浓度海水中的点蚀行为。 电化学实验用于研究 316L在不同海水中的均匀或局部腐蚀。图4是LPR测试获得的平均腐蚀速率。可以看出，腐蚀速率很低，并在所有溶液中随着时间的增长而降低。因此化学成份对腐蚀速率的影响不大。长期实验中腐蚀速率的小幅下降是因为在钝化膜表面富集了 Cr。低腐蚀速率预示了均匀腐蚀而没有点蚀趋势。 图4316L 在不同海水中316L的腐蚀速率随时间的变化(20℃， LPR计算) 图5在不同海水中 316L 的 OCP、Epit 和 Erep(20℃， CPP) CPP 测用用于研究 316L 在海水溶液中的局部腐蚀敏感性。图5是316L在不同海水中的 OCP、Epit 和 Erep。 OCP- Epit 的差别说明 316L 需要高阳极电位产生点蚀。事实上，在低于 Epit 的电位会产生点蚀(亚稳态孔蚀)。在老化期间，钝化膜的保护性降低，点蚀发生。接近 Erep 更易发生缝隙腐蚀，因此Erep 是点蚀临界电位，低于该电位点蚀发生。电位超过过钝化电位，点蚀和缝隙腐蚀发生。OCP> Erep点蚀发生， OCPErep点蚀发生，OCP

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