北方地区雪水对Q235钢腐蚀性的电化学研究

北方地区雪水对Q235钢腐蚀性的电化学研究梁平【摘要】采用浸泡、动电位极化和交流阻抗等方法研究了Q235钢在北方地区雪水中的腐蚀行为,考察了Ni-Fe-P化学镀层对Q235钢在雪水中腐蚀的防护效果.结果表明:Q235钢在雪水、自来水和质量分数3.5％ NaC1溶液中均表现为均匀腐蚀,但由于雪水中含有的氟化物、氯气、二氧化硫等物质溶解后产生了F-、C1-和SO2-4等离子,增加了雪水的导电性,使雪水的腐蚀速率高于自来水.同时,由于离子浓度相对较低,腐蚀性又低于NaCl溶液.温度升高会加速Q235钢在雪水中的腐蚀.交流阻抗结果表明:Ni-Fe-P化学镀层比Q235钢在雪水中具有更大的电荷转移电阻,表明该镀层具有更低的腐蚀速率,可以作为Q235钢在雪水或严重污染的潮湿空气中的防护措施.%The corrosion behavior of Q235 steel in the snow water, collected from North region, was studied by immersion, polarization curves and EIS, and the corrosion protection effect of Ni-Fe-P coating was tested. The results show that Q235 steel exhibits a general corrosion in the snow water, and the corrosion rate of Q235 steel in snow water is higher than that in tap water, because the conductivity of snow waster contained F~ , Cl~ and SO5~ is bigger than that of tap water. Meantime, the corrosion is lower than that of 3. 5%NaCl solution because of the lower ion concentration for the snow water. In addition, the corrosion rate of Q235 steel in snow water was increased with increasing temperature. The EIS display that the charged transfer resistance of Ni- Fe- P electroless coating in snow water is bigger than that of Q235 steel, which means the corrosionrate is lower, and the coating can be one of methods used corrosion protection for Q235 steel in snow water or wet and serious polluted air.【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2011(031)003【总页数】4页(P62-65)【关键词】雪水;耐蚀性;Q235钢;Ni-Fe-P化学镀层【作者】梁平【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TE98抚顺是中国北方重要的工业基地之一，在该地区集中着抚顺特殊钢有限公司、新抚钢有限责任公司、抚顺铝厂、抚顺洗化厂等企业，这些企业的生产给该地区的空气带来了大量污染。

其空气污染物包括沥青烟、氟化物、粉尘、氯气、二氧化硫、硫化氢等［1－2］，显然，当这些污染物遇到潮湿的水汽形成溶液以后将对常用的金属材料以及公共基础设施等造成腐蚀，但有关腐蚀能达到什么程度的相关数据还没有见到报道，而这些数据对于企业和政府选择和制定合适的防护措施又很重要，因此，对常见材料在该地区中的腐蚀行为进行研究是必要的。

本文以雪水为主要腐蚀介质，以自来水和质量分数3.5%NaCl溶液作为对比溶液，通过电化学方法考察了常用的Q235钢材料在这些介质中的腐蚀行为，并提出了相应的防护措施。

实验原料为Q235钢。

将Q235钢切割成50 mm×25mm×4mm的试样用于浸泡腐蚀测试，10 mm×10mm×4mm的试样用于电化学性能测试，测试前试样封上铜导线，然后将非工作面用环氧树脂封装。

两种试样都经过60＃～1000mL0＃水磨砂纸的打磨处理，并用酒精擦拭表面以除去表面的污染物。

质量分数3.5%NaCl溶液，硫酸镍，次磷酸钠，柠檬酸钠，乙酸钠，硫酸亚铁，硫脲，均为分析纯。

HH－4型恒温水浴锅，2273电化学系统（美国PAR公司）。

室温下采用浸泡法测试Q235钢在自来水、雪水和质量分数3.5%NaCl溶液（以下简称NaCl溶液）中的腐蚀速率，浸泡时间为7d。

采用化学镀法在面积为1cm2的Q235钢试样表面进行化学沉积Ni－Fe－P合金层，镀液组成为：22g/L硫酸镍、26g/L 次磷酸钠、12g/L 柠檬酸钠、18g/L乙酸钠、0.5g/L硫酸亚铁，镀液温度约为88℃，沉积时间为60min。

采用2273电化学系统分别测试Q235钢在三种溶液中的动电位极化曲线和交流阻抗曲线。

Q235钢为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，石墨为辅助电极。

将试样放在三种溶液中浸泡，待开路电位稳定后，采用动电位极化方法测试Q235钢在三种溶液中的极化曲线，电位扫描范围为－0.25～＋0.25V（vs.OCP），扫描速度为0.5mV/s；交流阻抗曲线的测量频率为100kHz～50mHz，扰动电位为10mV，测量在自腐蚀电位下进行，测试结果用ZSimpWin3.10进行拟合。

20℃下将Q235钢在雪水、自来水和质量分数3.5%NaCl溶液中进行浸泡，腐蚀7d后计算腐蚀速率，结果见表1。

由表1可知，雪水的腐蚀性处于自来水和质量分数3.5%NaCl溶液之间。

根据均匀腐蚀的10级评价方法［2］，Q235钢在雪水中的腐蚀属于5级，处于耐蚀级别。

Q235钢在三种溶液中浸泡后的腐蚀形貌如图1所示。

由图1可知，腐蚀以后Q235钢表面都生成了红色的锈层，在自来水中的红色锈层较为细致，与基体的附着性较好，不容易脱落，具有一定的保护作用；而在雪水和质量分数3.5%NaCl溶液中生成的锈层则更为相似，两者的锈层都比自来水中的要粗糙一些，容易脱落，保护性较差，且在NaCl溶液中的锈层比在雪水中的更厚一些。

清除腐蚀产物后的形貌表明，三者的表面腐蚀形貌差别不大，都为均匀腐蚀，没有出现点蚀等局部腐蚀现象。

图2给出了Q235钢在自来水、雪水和NaCl溶液中的开路电位曲线。

由图2可知，其开路电位从大到小的变化规律为：V自来水＞V雪水＞VNaCl，表明腐蚀性依次增强。

图3给出了Q235钢在三种溶液中的动电位极化曲线，对自腐蚀电流密度icorr进行拟合。

由图3及拟合结果可知，Q235钢在自来水、雪水和NaCl溶液中的自腐蚀电流密度分别为4.1 1、6.6 5和21.09μA/cm2，自腐蚀电流密度数据表明三种溶液对Q235钢的腐蚀性依次增强，与浸泡结果一致。

采用交流阻抗方法进一步验证三种溶液对Q235钢的腐蚀性，图4为20℃时Q235钢在三种溶液中的Nyquist曲线。

由图4可知，Q235钢在三种溶液中的腐蚀行为没有明显差异，都表现出一个容抗弧。

一般来说，容抗弧的直径越大，耐蚀性也越强。

从图4可以看出，容抗弧直径从大到小的顺序依次为：自来水、雪水和NaCl溶液，表明Q235钢在三种溶液中的耐蚀性依次减弱。

采用等效电路图对Nyquist曲线进行数值拟合，如图5所示。

其中，Rs为溶液电阻，Rct为电荷转移电阻，由于试样表面存在着一定的弥散效应，使用常相位角元件Q来代替电容C。

拟合结果表明，Q235钢在自来水、雪水和NaCl溶液中的电荷转移电阻分别为2478、1852和979Ω·cm2。

一般来说，电荷转移电阻越大，材料在介质中的耐蚀性越好［3］。

因此，Q235钢在雪水中的腐蚀性处于自来水和NaCl溶液之间。

结合抚顺地区的气候特点，考虑到最高气温很少会超过40℃，因此，实验室考察了20～40℃下，Q235钢在雪水中的腐蚀速率。

图6为Q235钢在不同温度雪水中的交流阻抗曲线。

由图6可知，不同温度下的Nyquist曲线都表现出相似的容抗弧，表明温度并没有改变雪水对Q235钢的腐蚀机理，但随着雪水介质的温度升高，容抗弧的直径呈减小趋势。

对三条曲线采用图5的等效电路图进行数值拟合，拟合结果表明：20、30和40℃时，Q235钢在雪水中的电荷转移电阻分别为1852、1090和648 Ω·cm2，表明温度越高，Q235钢在雪水中的腐蚀性越强，腐蚀速率越大。

通过以上的实验结果可知，Q235钢在自来水、雪水和NaCl溶液3种溶液中都发生着电化学腐蚀，表现为均匀腐蚀，腐蚀过程中形成的红色产物主要是Fe （OOH）、Fe2O3 等物质［5］，这些物质的形成过程可以表示为：这是氧的去极化腐蚀，腐蚀过程中铁、氧和水化合成红色的铁锈。

抚顺地区的空气中存在着氯气、二氧化硫、氟化物、沥青烟等物质［6］，且含量相对较高，溶于水后形成HCl、H2SO4、HF等，这为电化学腐蚀的发生创造了电解质条件。

上述物质在水溶液中电离产生Cl－、、F－等，这些离子的存在一方面增强了自来水的导电性，使雪水表现出更大的导电性，加快了腐蚀时的离子传输速度，从而使其表现出比自来水更高的腐蚀性；另一方面，少量的和F－也会促进材料的腐蚀［7－8］。

同时，雪水中Cl－含量又远低于NaCl溶液，其它离子含量也相对较少，导致雪水的腐蚀性又弱于氯化钠溶液。

此外，随着季节变化，温度会发生较大波动，当温度升高时，污染空气的导电性将进一步增大，腐蚀性因此增强，腐蚀速率将会增大。

通过以上的研究可知，雪水对Q235钢造成着一定的腐蚀，因此，在某些对耐蚀性要求严格的使用环境中，需要对Q235钢采取必要的防护措施才能应用。

本文通过化学镀技术在Q235钢表面沉积了Ni－Fe－P合金镀层，采用交流阻抗技术考察了镀层的防护效果，测试温度为40℃，溶液为雪水，测试结果如图7所示。

由图7可知，交流阻抗曲线变化明显，Ni－Fe－P合金镀层的容抗弧直径比Q235钢的要大很多，表明镀层具有更好的耐蚀性。

采用等效电路图5进行数值拟合。

拟合结果显示，镀层和Q235钢在40℃雪水中的电荷转移电阻Rct分别为2339和648Ω·cm2，这表明Ni－Fe－P镀层在雪水中具有更好的耐蚀性，因此，可以采用化学镀Ni－Fe－P合金层作为Q235钢的防护措施，有助于延长Q235钢的使用寿命。