土壤中阴离子对碳钢腐蚀的影响

全面腐蚀控制2006年第20卷第6期0 前言

土壤中的可溶性盐分的含量和组成，决定了土壤的导电性、酸碱度，因而直接影响了金属的腐蚀速度[1]。在土壤可溶性盐分中对碳钢起腐蚀作用的主要是Cl -、SO 42-、CO 32-和NO 3-等阴离子[2]。全国土壤腐蚀网站通过土壤自然埋藏的方法对碳钢的腐蚀进行分析，但由于野外自然埋藏试验所需时间长，各种土壤环境影响因素错综复杂，要想在较短时间内得到土壤可溶盐对碳钢腐蚀的规律是十分困难的，因此需要开展室内模拟腐蚀试验。在土壤中人工加入各种可溶性盐，配成不同浓度的Cl -、SO 42-、CO 32-和NO 3-的土壤系列[3]，研究各种阴离子对碳钢的腐蚀行为，探讨土壤腐蚀规律。

1 实验部分

土壤选取大洼中心站1m 深处土壤。土样经自然干燥、研磨并通过20目筛，然后在105℃下烘4～6小时。根据试验要求称取一定量的氯化钠、硫酸钠、碳酸钠及硝酸钠，各加入到一定量的蒸馏水中。将配制成不同浓度的溶液完全加入试验土壤中，土壤湿度控制在25%，混合均匀后，装入塑料小筒中，压实，无空隙，密封后稳定48小时。

试样为15×15×4mm 规格的A3钢。试样经150-500#砂纸打磨并经无水乙醇清洗，电化学测量采用三电极体系，参比电极采用饱和硫酸铜电极，辅助电极用石墨电极。进行电化学阻抗和弱极化曲线测量，实验在室温下进行。

土壤中阴离子对碳钢腐蚀的影响

刘文霞1 孙 成2

（1.青岛科技大学化学与分子工程学院，山东 青岛 266042； 2. 中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016）摘 要：应用弱极化曲线技术和交流阻抗谱研究了土壤中Cl -、SO 42-、CO 32-、NO 3-离子对碳钢腐蚀的影响。结果表明：阴离子对碳钢腐蚀的影响是显著的。当土壤中分别添加Cl -、CO 32-、NO 3-离子时，随着阴离子含量的增大，碳钢的腐蚀速率增大，在某一离子含量时，腐蚀速率达到最大，然后腐蚀速率随着离子含量的增加而减小。在含SO 42-离子的土壤中随着SO 42-离子含量的增大，土壤中碳钢的腐蚀速率增大。在有四种阴离子土壤中，阻抗谱均为单容抗弧，且大都在低频区出现扩散弧。

关键词：碳钢 土壤腐蚀 阴离子

中图分类号：TG172.4 文献标识码：A 文章编号：1008-7818(2006)06-0010-04

Effects of Different Cathodic Ions on the Corrosion of Carbon Steel in Soils

LIU Wen-xia 1, SUN Cheng 2

　(1.College of Chemistry and Molecular Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China;

2. Institute of Mental Research, Chinese Academy of Science , Shenyang 110016, China)

Abstract: The influence of Cl -、SO 42-、CO 32-、NO 3- on soil corrosion behavior on carbon steel were studied by using low-polarization cure technique, electrochemical impedance spectroscopy(EIS).When the added ion was one of Cl -、

CO 32- and NO 3-, the corrosion rate of carbon steel increases with the increasing of salt content and reaches the peak in one salt content, then decreases with the increasing of salt content. The corrosion rate of carbon steel increases along with the increasing of SO 42- content. There is only one impedance cure and have an werburg cure at low frequencies.

Key words: carbon steel; soil corrosion; cathodic ions

全 面 腐 蚀 控 制

TOTAL CORROSION CONTROL 第20卷第6期2006年12月Vol.20 No.6

Dec. 2006

弱极化曲线测量采用M273恒电位仪，M352测试软件及486微机组成的测试系统。测量扫描速度为20mV/min,扫描范围为腐蚀电位±70mV。由弱极化曲线拟和得到碳钢的腐蚀速率。电化学阻抗测试采用PARM 378系统，激励信号为10mV的正弦波，测试频率范围为0.005～105Hz。用Zview软件进行交流阻抗谱的拟和处理，求得极化电阻和界面电容的数值。

2 试验结果及讨论

2.1 Cl-对碳钢土壤腐蚀的影响

氯离子是盐渍土壤中可溶盐的主要成分之一，对土壤中的金属腐蚀来说，氯盐除了具有一般盐分所起的作用以外，还有其自身的特点，氯离子能够渗透过金属的氧化膜和不溶性产物层。在几种不同浓度的氯化物土壤中，经弱极化曲线拟和得到碳钢的腐蚀速率随Cl-含量的变化，如图1所示。由图1可以看出，在室内模拟实验条件下，随着土壤中氯化物含量的增大，土壤中碳钢的腐蚀速率也增大，当土壤中Cl-含量的增大到0.6%时，腐蚀速率达到最大，Cl-含量大于0.6%后腐蚀速率逐渐下降并趋于一个较为稳定的值。这主要是由于随着土壤中Cl-含量的增大,土壤水份中的溶解氧减少,而土壤中碳钢的腐蚀受土壤中溶解氧控制，溶解氧减少使碳钢的腐蚀减弱。图2为根据阻抗图谱拟合解析求得的碳钢极化电阻随着Cl-浓度的变化关系。

从图1及2的对比可以发现，碳钢的腐蚀速率随着Cl-的变化关系同极化电阻随着Cl-的变化基本呈反对应关系，在Cl-浓度为0.6%时碳钢腐蚀速率最大，极化电阻最小。

2.2 CO

3

2-对碳钢土壤腐蚀的影响

图3及图4为碳钢腐蚀速率和极化电阻随着土壤中CO32-含量的变化关系。可以看出其最大腐蚀速率出现在CO32-浓度为0.2%的土壤中，继续增加碳酸盐的浓度，碳钢的腐蚀速率开始降低。这主要是因为碳酸钠是一种强碱弱酸盐，其在水溶液中易水解，电离出OH-和HCO3-，使得溶液中的OH-浓度增大，碱性增强。但CO32-的水解过程是一个可逆的平衡反应，当OH-浓度增大到一定程度时，反过来，又与HCO3-生成CO32-和H2O，因而其pH值的增大是有限度的。H・克舍等人[4,5]认为，CO32-是参与腐蚀反应过程的，在中偏碱性的介质中，碳钢的腐蚀产物为Fe(OH)2和FeCO3。A・Ikeda和S・ukai等[6]认为，FeCO3在土壤介质中不溶解，在钢铁表面有较好的粘附性，因而将对碳钢的腐蚀起到一定的保护作用[7]。

图1 腐蚀速率随氯离子浓度的变化图2

极化电阻随氯离子浓度的变化关系图4 极化电阻随碳酸根离子的变化图3 碳钢腐蚀速率随碳酸根离子的变化