铸造铜合金冲刷腐蚀及机理研究

关键词： 硅黄铜； 电化学腐蚀； 冲刷腐蚀； 海水腐蚀； 动态腐蚀
中图分类号： ＴＧ１４６
文献标识码： Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１９．０１．０３２
wenku.baidu.com文章编号： ０２５３－６０９９（２０１９）０１－０１２５－０３
Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｅｒｏｓｉｏｎ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ａｓ⁃ｃａｓｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ａｌｌｏｙｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｒａｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｓｅａｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ＳＥＭ ａｎｄ ＸＲＤ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔ ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｆａｓｔｅｒ ｂｅｆｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ， ａｎｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅａｗａｔｅｒ ｅｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｍａｉｎｅｄ ｉｎ ａ ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｒａｓｓ； ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ； ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ； ｓｅａｗａｔｅｒ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ； ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
ＹＡＮＧ Ｇａｎｇ⁃ｙｉ， ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ⁃ｆｅｎｇ， ＬＩＵ Ｙｕａｎ， ＪＩＡＮＧ Ｆｅｎｇ， ＹＥ Ｐｅｎｇ⁃ｃｈｅｎｇ （ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ）
第 ３９ 卷第 １ 期 ２０１９ 年 ０２ 月
矿 冶 工 程
ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．３９ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１９
铸造铜合金冲刷腐蚀及机理研究①
杨刚毅， 汪冰峰， 刘 源， 姜 锋， 叶鹏程
（ 中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００８３）
１２６
矿 冶 工 程
第 ３９ 卷
25 100 lg[I(A · cm-2)]
度，参考动态腐蚀性能测试方法［１１］ ，设计实验时间持 续 ８ ｈ，温度控制在 ６０ ℃ ，流速为 １．１ ｍ ／ ｓ。
125 D1=.
25 25
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图 １ 冲刷腐蚀设备
采用 ＩＭ６ｅｘ 电化学工作站对 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 进行电 化学性能测试。 实验采用三电测量体系，测试样品的 电化学 极 化 曲 线 和 交 流 阻 抗 谱 （ ＥＩＳ） ， 工 作 电 极 为 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４，辅助电极为铂电极，选用参比电极为饱和 甘汞电极（ ＳＣＥ） ，电解溶液为 ３．５％ ＮａＣｌ，工作面积为 ８ ｍｍ × ８ ｍｍ。 动态极化曲线测量电压为－０．７ ～ ０．５ Ｖ， 扫描速度为 ２ ｍＶ ／ ｓ。 交流阻抗谱测量施加的正弦电位 幅值为 １０ ｍＶ，扫描频率范围设定为 １０ ｋＨｚ ～ １０ ＭＨｚ。
余量
采用管流模拟实验进行冲刷腐蚀实验［１１］ 。 实验 装置模拟海水循环系统，在管道形状、管道安装、流体 流速及流体成分等方面可以很好地反映实际设备的工 况条件。 实验装置如图 １ 所示，其中铜管为铸造硅黄 铜 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４，其余位置用 ＰＰＲ 热水管与 ＰＰＲ 接头 连接。 实验溶液为 ３． ５％ ＮａＣｌ， 为了模拟海水冲刷强
１ 实 验
实验 材 料 为 铸 造 硅 黄 铜 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４， 按 照 标 准 ＧＢ１１７６－２０１３ 熔炼，其化学成分如表 １ 所示。
表 １ 铸造硅黄铜 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 成分（ 质量分数） ／ ％
Ｚｎ
Ｓｉ
Ｐｄ
Ａｌ
Ｓｎ
Ｃｕ
１５．１３ ３．１０９ ５ ０．０６６
０．０１５
０．０２７
摘 要： 模拟海水环境，对硅黄铜进行了冲刷腐蚀模拟实验和电化学腐蚀实验，借助 ＳＥＭ 与 ＸＲＤ 等手段分析了腐蚀现象，研究冲
刷腐蚀机理。 结果表明：铸造铜合金在冲刷腐蚀过程中腐蚀产物与电化学腐蚀相同；在未形成完整的钝化膜之前，铜合金腐蚀速率
快；海水冲刷作用使材料表面处于钝化膜不断破坏与形成的循环过程中。
① 收稿日期： ２０１８－０８－０６
基金项目： 湖南省战略性新型产业重大科技成果转换类项目（２０１６ＧＫ４０１９） 作者简介： 杨刚毅（１９９４－） ，男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究方向为铸钢的冲刷腐蚀性能。 通讯作者： 汪冰峰（１９７８－） ，男，湖南岳阳人，副教授，主要从事材料动态行为研究。
铸造铜合金具有良好的铸造性能及耐海水腐蚀性 能［１－３］ ，广泛 用 作 海 水 淡 化 处 理 管 道 与 冷 凝 器 管 材 料［４］ 。 但是铜合金在海水环境中服役时仍会发生严 重腐蚀问题。 国内外对腐蚀的研究主要集中在静态腐 蚀或者准静态腐蚀上。 静态腐蚀实验主要指模拟浸泡 实验［５］ ，而准静态腐蚀则有盐雾实验、周期喷雾实验 等［６］ 。 在海水环境中，剧烈的冲刷作用会大幅加剧腐 蚀程度，这在静态腐蚀实验中难以得到重现。 目前，国 内外研究者对于冲刷腐蚀进行了许多研究［７－１０］ ，但大 多集中于单因素对于冲刷腐蚀的影响。 由于冲刷腐蚀 的复杂性， 具体的动态腐蚀机理并不明确。 本文对 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 硅黄铜进行冲刷腐蚀实验， 采用 ＳＥＭ 与 ＸＲＤ 等手段对实验后样品的表面腐蚀产物进行分析， 并结合电化学工作站实验结果，得到冲刷作用影响腐蚀 的机理，为 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 硅黄铜的腐蚀保护提供指导。