铜管_304不锈钢管在氨溶液中的腐蚀性能对比研究_孙虎元
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第 21卷 第 3期 2009年 5月
腐蚀科学与防护技术
CORROSION SC IENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY
V o.l 21 N o. 3 M ay. 2009
铜管、304不锈钢管在 氨溶液中的腐蚀性能对比研究
孙虎元 1, 王顺 1, 2, 孙立娟1
11 中国科学院海洋研究所, 青岛 266071; 21 中国科学院研究生院, 北京 100049
CORRO SION PER FORM ANCE OF TUBES OF COPPER AND 304 STA I NLESS STEEL IN AM MON I A SOLUTI ON
SUN H u-yuan1, WANG Shun1, 2, SUN L -i juan1
11Institute of O ceano logy, Ch inese A cademy of S ciences, Q ingdao 266071; 21G raduate Un iver sity of Chinese A cademy of Sciences, B eijing 100049
1 实验方法
实验管材用纯铜管和 304不锈钢管, 截 取约 2 cm 长, 砂 纸逐级打磨至 1000#, 乙醇除油, 蒸馏水清洗, 干燥, 称重 .
以浓氨水 和 蒸 馏水 配 制浓 度 分别 为 ( m g /L ) 100、500、 1000、2000、5000、10000的氨溶 液. 氨 蚀试验在 1000 m l烧杯 中进行, 分别在开口、低氧 密闭两 种状态 下将称 重后 的试样 浸入不同浓度氨溶液中, 观察记录 试样的腐蚀过程和溶液变 化. 试验时间 336小时, 温 度 20e 左 右. 浸泡结 束取出 试样, 去除腐蚀产物, 称量失重 量.
摘要: 采用电化学极化和失重法研究了纯铜管、304不锈钢管于 开口、低 氧密闭两 种状态下 在不同浓 度氨溶 液中的 腐蚀性能. 结果表明: 304不锈钢管的耐氨蚀性能 明显优 于纯铜 管; 溶解氧是 影响氨 蚀的关 键因素, 但对 铜、304不 锈钢的影响不同, 促进铜管的腐蚀却能抑制 304不锈钢的腐蚀; 氨浓度也是 影响氨蚀 的重要因素, 但在 氧充足条件 下对 304不锈钢的腐蚀影响甚微. 关键词: 铜管; 304不锈钢管; 氨蚀; 电化学极化; 失重法 中图分类号: TG1721 9 文献标识码: A 文章编号: 1002-6495( 2009) 03-0320-03
Cu+ 4NH3 y [ Cu( NH 3 ) 4 ] 2+ + 2e 产物铜氨络离子 为蓝色, NH 3 浓度的增加促进该反 应发 生. 浸泡结束后, 低浓度 ( 100、500、1000 m g /L ) 氨溶液中铜试 样表面呈黑色, 是由于低氨浓度时腐蚀产物为不溶解 的 CuO 或 Cu( OH ) 2 覆盖于试 样表面. 高浓 度氨溶 液中铜 试样表 面 呈红棕色, 与原铜管颜色 相近, 是由于 氨浓度 高时 生成了 可 溶的铜氨络离子 [ Cu( NH 3 ) 4 ] 2+ . 不锈钢 管试样 浸入氨 溶液 后, 在试验时间内并未出 现可见 的溶液 和试样 表面 的变化, 说明 304不锈钢在氨溶液中没有明显的腐蚀. 图 1 给出 了开口、低 氧密 闭两种 状态 下铜管、304不 锈 钢管在不同浓度氨溶 液中的腐蚀实验结果. 可以 看出 304不 锈钢的腐蚀速度 远远低 于铜 的腐蚀 速度. 在 开口状 态 下 铜 管腐蚀特别严重, 有报道称甚至能达到 2 mm /a, 而且腐 蚀速 度随氨浓度的增加 而加 快, 特 别在 1000 mg /L 以上, 腐蚀 速 度急剧加快; 304不 锈钢 管腐 蚀非 常轻 微, 而且 氨浓 度对 腐 蚀速度并没有明显 影响. 低氧密 闭状态 下, 铜 管腐 蚀受到 显 著抑制, 腐蚀速度大大降 低, 而 且腐蚀 速度随 氨浓 度的增 加 变化不大, 是因为溶解氧 是影响 铜管氨 腐蚀的 关键 因素, 其 对铜管氨腐蚀的影响 要比氨含量的 影响大的 多; 304不 锈钢 管表现出来的性能 与铜管 相反, 与开口 状态下 相比, 其腐 蚀 速度有所增加, 而且在高 氨浓度 下增加 的更加 明显 一些, 这 可能是因为缺氧环境不利于不 锈钢表面钝化膜的形成, 不锈 钢基体的其他金属成分可能与 氨发生作用造成失重. 尽 管低 氧密闭状态下铜管腐蚀速度大 幅度降低, 不锈钢管腐蚀 速度 有所增加, 然而与铜相比, 不锈 钢成分 与氨发 生作 用的程 度 要低的多, 因此, 不论氧充足 还是缺 氧条件下 , 304不锈 钢的 腐蚀速度都远远低于 铜的腐蚀速度. 21 2电化学试 验 图 2、图 3分别为铜管、304不锈钢管在不同浓度氨溶液
发电厂凝汽器汽 侧铜管 的氨蚀 是造成 腐蚀泄 露事故 的 重要因素. 欧美 等国 已广 泛采 用耐 氨蚀 的不 锈钢 管 代替 铜 管, 我国还 处于初级阶 段 [ 1]. 对于 铜管的氨 蚀研究已有 许多 报道, 但大多限于用失重法分析评价腐蚀速度和各种影 响因 素 [ 2, 3], 铜管在氨溶液 中的 电化 学性 能研 究报 道 [ 4] 较 少; 对 于不 锈钢管, 国内报道 只提及其 耐氨蚀性能 良好 [ 5] , 而 对于 其在氨溶液中的性能 和抗氨 蚀程度 并未有 定性或 定量的 研 究. 为了避免脱成分腐蚀 带来的 不确定 因素, 从均 匀减薄 方 面了解铜与不锈钢的耐氨蚀性 能, 同时更有利于铜管电 化学 性能的稳定, 本文选取了纯铜管试样. 通过电化学极化测试, 结合失重法对比研究 了其与 304不锈钢管在开口 、低氧 密闭
溶解氧测量采 用雷磁 R SS-5100型测 氧仪, 开 口状 态下 溶解氧含量为 81 62 m g /L, 低氧状态小于 31 67 mg /L.
极化曲 线 测试 采 用 TD73000PC I 型 电 化 学 测 试 系 统, TD3691型恒电位仪 , 三 电极 体系, 铂片 做辅 助电极, 饱 和甘 汞电极为参比电极, 工作电极面积 1 cm2. 线性极化法扫描范 围 - 10~ + 10 mV ( vs ocp), 扫描速度 20 mV /m in, T afe l极化
3 结论
11 304不锈 钢管的耐氨蚀能 力明显 优于 纯铜 管. 开口状 态下纯铜管在高浓度 ( > 1000 m g /L) 氨溶液中发生严重的腐 蚀, 而 304不锈钢 管腐 蚀非常 轻微, 氧充 足条 件下 基本 不发 生腐蚀.
图 4给出了开口、低氧密闭两种状态下铜、304不锈钢在 不同浓度氨溶液中的腐蚀电位 和极化电阻变 化. 图 5给出了 铜、304不锈钢在两种状态下的腐蚀电流. 铜在缺氧氨溶液中 与在开口状态下相比, 腐蚀电位降低, 极化电 阻有所增 大, 腐 蚀电流明显减小. 铜 为非钝 态金 属, 在氨溶 液中 主要发 生吸 氧腐蚀, 在缺氧条件下, 阴极去 极化过程受阻, 阳极 反应受到 抑制 [ 6] , 这说明溶解氧的去 除有 利于 铜耐氨 蚀能 力的提 高. 304不锈钢在缺氧氨溶液 中与在开 口状态 下相比, 腐蚀 电位 负移, 特别在高氨浓度时负移更加明显, 极化 电阻减小, 相应 的腐蚀电流 有所 增大. 304不 锈钢 为钝 态金 属 [ 7] , 按 金 属钝 化的吸附膜理论, 钝态金属钝化是因为 在该金属表 面形成氧 或含氧粒子的吸附层 , 从而改变了金 属 /溶液 界面的结 构, 导 致金属反应的活化能 显著升高, 亦即降 低了该金属 本身的反 应能力, 能使钝态金属 表面吸 附, 进而 钝化 的粒子 有 O, O 2或 OH- . 氨溶液中溶解氧的去除 不利于 不锈钢的 钝化, 导致 其耐蚀能力有所降低 . 图 4( b)表明, 无论开 口状态还 是低氧 密闭状态, 铜的极化 电阻都 比不 锈钢的 小得 多, 腐蚀电 流随 极化电阻的增大而减 小 (图 5), 铜在氨溶液 中的腐蚀 电流要 比不锈钢的大几十倍 甚至上百倍, 因此, 304不锈钢管的耐氨 蚀能力要明显优于铜 管.
Fig. 1 Corro sion rates o f coppe r and 304 sta in less steel in open atmosphe re and in a irtight so lu tion
3 22
腐蚀科 学与防护技术
第 21卷
中的极化曲线. 由图 可以看 到, 无论 在开口 还是 低氧密 闭状 态下, 铜管腐蚀电 位都随 氨浓 度的升 高而 降低, 而 304 不锈 钢管在氧充足条件下由于钝化 膜的形成, 其腐蚀电 位受氨浓 度的影响不大, 极化 电流也 是如 此, 在不利 于钝 化膜形 成的 缺氧条件下, 其腐蚀 电位随 氨浓 度的升 高有 所降低 , 极 化电 流有所增大.
3期
孙虎元等: 铜管、304不锈钢管在氨溶液中的腐蚀性能对比研究
3 21
曲线扫描范围 ? 250 mV ( vs ocp), 扫描速度 1 mV / s.
2 结果与讨论Baidu Nhomakorabea
21 1失重试验 铜管浸入氨溶液 后, 随 时间延 长, 溶液按 浓度 由高到 低
的顺序依次变为蓝 色, 颜 色深度 随浓度 降低逐 渐变 淡, 这 是 因为铜在氨环境中发 生阳极反应:
Abstract: T he corrosion perform ance o f tubes o f copper and 304 stain less stee l in amm on ia so lut ions w ith different amm on ia concentration are studied by e lectrochem ica l po lar izat ion and w eigh-t loss m ethod. T he test conditions include: in open atm osphere and in airtight solution be ing short of O2. It show s that 304 stainless steel tubes possesses much better corrosion resistance rather than copper tubes in amm on ia so lut ion. D isso lved oxygen is the key factor wh ich a ffects amm on ia corrosion, wh ich has d ifferent im pacts on copper and 304 stainless stee,l .i e. acce lerating the corrosion o f copper but restra in ing the corrosion o f 304 stain less stee.l The concentration of amm on ia is also an im portant factor, but it has little im pact on amm on ia co rrosion of 304 stain less stee l when there is enough disso lved oxygen in the solution. K eyw ord s: copper tubes; 304 sta inless stee l tubes; amm onia corrosion; electrochem ical po larization; w e igh-t loss m ethod
收稿日期: 2007-06-21初稿; 2007-11-03修改稿 作者简介: 孙虎元 ( 1970- ) , 男, 博士, 研究员, 从事海洋腐蚀与防护
研究. T e:l 0532 - 82898732 E - m ai:l sun@ m s. qd io. ac. cn
两种状态下不同浓度氨溶液中的腐蚀性能.
腐蚀科学与防护技术
CORROSION SC IENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY
V o.l 21 N o. 3 M ay. 2009
铜管、304不锈钢管在 氨溶液中的腐蚀性能对比研究
孙虎元 1, 王顺 1, 2, 孙立娟1
11 中国科学院海洋研究所, 青岛 266071; 21 中国科学院研究生院, 北京 100049
CORRO SION PER FORM ANCE OF TUBES OF COPPER AND 304 STA I NLESS STEEL IN AM MON I A SOLUTI ON
SUN H u-yuan1, WANG Shun1, 2, SUN L -i juan1
11Institute of O ceano logy, Ch inese A cademy of S ciences, Q ingdao 266071; 21G raduate Un iver sity of Chinese A cademy of Sciences, B eijing 100049
1 实验方法
实验管材用纯铜管和 304不锈钢管, 截 取约 2 cm 长, 砂 纸逐级打磨至 1000#, 乙醇除油, 蒸馏水清洗, 干燥, 称重 .
以浓氨水 和 蒸 馏水 配 制浓 度 分别 为 ( m g /L ) 100、500、 1000、2000、5000、10000的氨溶 液. 氨 蚀试验在 1000 m l烧杯 中进行, 分别在开口、低氧 密闭两 种状态 下将称 重后 的试样 浸入不同浓度氨溶液中, 观察记录 试样的腐蚀过程和溶液变 化. 试验时间 336小时, 温 度 20e 左 右. 浸泡结 束取出 试样, 去除腐蚀产物, 称量失重 量.
摘要: 采用电化学极化和失重法研究了纯铜管、304不锈钢管于 开口、低 氧密闭两 种状态下 在不同浓 度氨溶 液中的 腐蚀性能. 结果表明: 304不锈钢管的耐氨蚀性能 明显优 于纯铜 管; 溶解氧是 影响氨 蚀的关 键因素, 但对 铜、304不 锈钢的影响不同, 促进铜管的腐蚀却能抑制 304不锈钢的腐蚀; 氨浓度也是 影响氨蚀 的重要因素, 但在 氧充足条件 下对 304不锈钢的腐蚀影响甚微. 关键词: 铜管; 304不锈钢管; 氨蚀; 电化学极化; 失重法 中图分类号: TG1721 9 文献标识码: A 文章编号: 1002-6495( 2009) 03-0320-03
Cu+ 4NH3 y [ Cu( NH 3 ) 4 ] 2+ + 2e 产物铜氨络离子 为蓝色, NH 3 浓度的增加促进该反 应发 生. 浸泡结束后, 低浓度 ( 100、500、1000 m g /L ) 氨溶液中铜试 样表面呈黑色, 是由于低氨浓度时腐蚀产物为不溶解 的 CuO 或 Cu( OH ) 2 覆盖于试 样表面. 高浓 度氨溶 液中铜 试样表 面 呈红棕色, 与原铜管颜色 相近, 是由于 氨浓度 高时 生成了 可 溶的铜氨络离子 [ Cu( NH 3 ) 4 ] 2+ . 不锈钢 管试样 浸入氨 溶液 后, 在试验时间内并未出 现可见 的溶液 和试样 表面 的变化, 说明 304不锈钢在氨溶液中没有明显的腐蚀. 图 1 给出 了开口、低 氧密 闭两种 状态 下铜管、304不 锈 钢管在不同浓度氨溶 液中的腐蚀实验结果. 可以 看出 304不 锈钢的腐蚀速度 远远低 于铜 的腐蚀 速度. 在 开口状 态 下 铜 管腐蚀特别严重, 有报道称甚至能达到 2 mm /a, 而且腐 蚀速 度随氨浓度的增加 而加 快, 特 别在 1000 mg /L 以上, 腐蚀 速 度急剧加快; 304不 锈钢 管腐 蚀非 常轻 微, 而且 氨浓 度对 腐 蚀速度并没有明显 影响. 低氧密 闭状态 下, 铜 管腐 蚀受到 显 著抑制, 腐蚀速度大大降 低, 而 且腐蚀 速度随 氨浓 度的增 加 变化不大, 是因为溶解氧 是影响 铜管氨 腐蚀的 关键 因素, 其 对铜管氨腐蚀的影响 要比氨含量的 影响大的 多; 304不 锈钢 管表现出来的性能 与铜管 相反, 与开口 状态下 相比, 其腐 蚀 速度有所增加, 而且在高 氨浓度 下增加 的更加 明显 一些, 这 可能是因为缺氧环境不利于不 锈钢表面钝化膜的形成, 不锈 钢基体的其他金属成分可能与 氨发生作用造成失重. 尽 管低 氧密闭状态下铜管腐蚀速度大 幅度降低, 不锈钢管腐蚀 速度 有所增加, 然而与铜相比, 不锈 钢成分 与氨发 生作 用的程 度 要低的多, 因此, 不论氧充足 还是缺 氧条件下 , 304不锈 钢的 腐蚀速度都远远低于 铜的腐蚀速度. 21 2电化学试 验 图 2、图 3分别为铜管、304不锈钢管在不同浓度氨溶液
发电厂凝汽器汽 侧铜管 的氨蚀 是造成 腐蚀泄 露事故 的 重要因素. 欧美 等国 已广 泛采 用耐 氨蚀 的不 锈钢 管 代替 铜 管, 我国还 处于初级阶 段 [ 1]. 对于 铜管的氨 蚀研究已有 许多 报道, 但大多限于用失重法分析评价腐蚀速度和各种影 响因 素 [ 2, 3], 铜管在氨溶液 中的 电化 学性 能研 究报 道 [ 4] 较 少; 对 于不 锈钢管, 国内报道 只提及其 耐氨蚀性能 良好 [ 5] , 而 对于 其在氨溶液中的性能 和抗氨 蚀程度 并未有 定性或 定量的 研 究. 为了避免脱成分腐蚀 带来的 不确定 因素, 从均 匀减薄 方 面了解铜与不锈钢的耐氨蚀性 能, 同时更有利于铜管电 化学 性能的稳定, 本文选取了纯铜管试样. 通过电化学极化测试, 结合失重法对比研究 了其与 304不锈钢管在开口 、低氧 密闭
溶解氧测量采 用雷磁 R SS-5100型测 氧仪, 开 口状 态下 溶解氧含量为 81 62 m g /L, 低氧状态小于 31 67 mg /L.
极化曲 线 测试 采 用 TD73000PC I 型 电 化 学 测 试 系 统, TD3691型恒电位仪 , 三 电极 体系, 铂片 做辅 助电极, 饱 和甘 汞电极为参比电极, 工作电极面积 1 cm2. 线性极化法扫描范 围 - 10~ + 10 mV ( vs ocp), 扫描速度 20 mV /m in, T afe l极化
3 结论
11 304不锈 钢管的耐氨蚀能 力明显 优于 纯铜 管. 开口状 态下纯铜管在高浓度 ( > 1000 m g /L) 氨溶液中发生严重的腐 蚀, 而 304不锈钢 管腐 蚀非常 轻微, 氧充 足条 件下 基本 不发 生腐蚀.
图 4给出了开口、低氧密闭两种状态下铜、304不锈钢在 不同浓度氨溶液中的腐蚀电位 和极化电阻变 化. 图 5给出了 铜、304不锈钢在两种状态下的腐蚀电流. 铜在缺氧氨溶液中 与在开口状态下相比, 腐蚀电位降低, 极化电 阻有所增 大, 腐 蚀电流明显减小. 铜 为非钝 态金 属, 在氨溶 液中 主要发 生吸 氧腐蚀, 在缺氧条件下, 阴极去 极化过程受阻, 阳极 反应受到 抑制 [ 6] , 这说明溶解氧的去 除有 利于 铜耐氨 蚀能 力的提 高. 304不锈钢在缺氧氨溶液 中与在开 口状态 下相比, 腐蚀 电位 负移, 特别在高氨浓度时负移更加明显, 极化 电阻减小, 相应 的腐蚀电流 有所 增大. 304不 锈钢 为钝 态金 属 [ 7] , 按 金 属钝 化的吸附膜理论, 钝态金属钝化是因为 在该金属表 面形成氧 或含氧粒子的吸附层 , 从而改变了金 属 /溶液 界面的结 构, 导 致金属反应的活化能 显著升高, 亦即降 低了该金属 本身的反 应能力, 能使钝态金属 表面吸 附, 进而 钝化 的粒子 有 O, O 2或 OH- . 氨溶液中溶解氧的去除 不利于 不锈钢的 钝化, 导致 其耐蚀能力有所降低 . 图 4( b)表明, 无论开 口状态还 是低氧 密闭状态, 铜的极化 电阻都 比不 锈钢的 小得 多, 腐蚀电 流随 极化电阻的增大而减 小 (图 5), 铜在氨溶液 中的腐蚀 电流要 比不锈钢的大几十倍 甚至上百倍, 因此, 304不锈钢管的耐氨 蚀能力要明显优于铜 管.
Fig. 1 Corro sion rates o f coppe r and 304 sta in less steel in open atmosphe re and in a irtight so lu tion
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腐蚀科 学与防护技术
第 21卷
中的极化曲线. 由图 可以看 到, 无论 在开口 还是 低氧密 闭状 态下, 铜管腐蚀电 位都随 氨浓 度的升 高而 降低, 而 304 不锈 钢管在氧充足条件下由于钝化 膜的形成, 其腐蚀电 位受氨浓 度的影响不大, 极化 电流也 是如 此, 在不利 于钝 化膜形 成的 缺氧条件下, 其腐蚀 电位随 氨浓 度的升 高有 所降低 , 极 化电 流有所增大.
3期
孙虎元等: 铜管、304不锈钢管在氨溶液中的腐蚀性能对比研究
3 21
曲线扫描范围 ? 250 mV ( vs ocp), 扫描速度 1 mV / s.
2 结果与讨论Baidu Nhomakorabea
21 1失重试验 铜管浸入氨溶液 后, 随 时间延 长, 溶液按 浓度 由高到 低
的顺序依次变为蓝 色, 颜 色深度 随浓度 降低逐 渐变 淡, 这 是 因为铜在氨环境中发 生阳极反应:
Abstract: T he corrosion perform ance o f tubes o f copper and 304 stain less stee l in amm on ia so lut ions w ith different amm on ia concentration are studied by e lectrochem ica l po lar izat ion and w eigh-t loss m ethod. T he test conditions include: in open atm osphere and in airtight solution be ing short of O2. It show s that 304 stainless steel tubes possesses much better corrosion resistance rather than copper tubes in amm on ia so lut ion. D isso lved oxygen is the key factor wh ich a ffects amm on ia corrosion, wh ich has d ifferent im pacts on copper and 304 stainless stee,l .i e. acce lerating the corrosion o f copper but restra in ing the corrosion o f 304 stain less stee.l The concentration of amm on ia is also an im portant factor, but it has little im pact on amm on ia co rrosion of 304 stain less stee l when there is enough disso lved oxygen in the solution. K eyw ord s: copper tubes; 304 sta inless stee l tubes; amm onia corrosion; electrochem ical po larization; w e igh-t loss m ethod
收稿日期: 2007-06-21初稿; 2007-11-03修改稿 作者简介: 孙虎元 ( 1970- ) , 男, 博士, 研究员, 从事海洋腐蚀与防护
研究. T e:l 0532 - 82898732 E - m ai:l sun@ m s. qd io. ac. cn
两种状态下不同浓度氨溶液中的腐蚀性能.