碳鋼垢下腐蝕行為與緩蝕機(jī)理研究.pdf

1、金屬表面腐蝕產(chǎn)物及其他沉積物堆積會(huì)引起嚴(yán)重的垢下腐蝕，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)極大危害。使用緩蝕劑是控制金屬局部腐蝕的有效方法。因此，研究金屬的垢下腐蝕行為及緩蝕劑對(duì)垢下腐蝕的影響，既有理論意義又有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。前人對(duì)垢下腐蝕的研究多集中在垢層的物理化學(xué)性質(zhì)方面，而對(duì)腐蝕機(jī)理及控制方法研究不多。低碳鋼是目前金屬設(shè)備使用最多的鋼種，垢下腐蝕非常普遍，Cl-被認(rèn)為是介質(zhì)中最普遍、最具腐蝕性的離子。據(jù)此，本文重點(diǎn)研究了N80鋼在0.2 mol/L

2、 NaCl溶液中的垢下腐蝕行為及緩蝕劑對(duì)垢下腐蝕的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　 利用線性極化、EIS及SEM、XRD分析技術(shù)研究了N80鋼在NaCl溶液中腐蝕銹垢形成過(guò)程電化學(xué)行為的變化。結(jié)果表明：金屬表面腐蝕銹垢對(duì)基體的進(jìn)一步腐蝕有重要影響。隨著銹垢的形成，腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程由電化學(xué)控制轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散控制，電荷傳遞電阻及擴(kuò)散電阻減小，阻抗擴(kuò)散部分直線與實(shí)軸夾角逐漸減小。提出了試樣表面垢層的物理模型，運(yùn)用傳輸線理論較好地解釋了垢層疏松

3、多孔特性與阻抗譜特征之間的相關(guān)性。腐蝕銹垢分為兩層，表面層疏松多孔，內(nèi)層較為致密，Cl-在內(nèi)層產(chǎn)生濃集，對(duì)基底腐蝕起促進(jìn)作用。
　　 設(shè)計(jì)了一種模擬垢下腐蝕自催化過(guò)程的閉塞腐蝕電池(OCC)，用線性極化和EIS方法研究了N80鋼在0.2 mol/L NaCl溶液中的垢下腐蝕行為，測(cè)量了垢下微區(qū)內(nèi)溶液化學(xué)成分及閉塞陽(yáng)極和本體陰極電化學(xué)行為的變化。結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的OCC裝置可較好的模擬垢下閉塞區(qū)內(nèi)的酸化自催化過(guò)程，適合于垢下腐蝕機(jī)理

4、的研究。腐蝕垢層加劇了垢下微區(qū)的自催化效應(yīng)，pH值降低，Cl-濃集，閉塞區(qū)內(nèi)部保持活性溶解，而外部受到陰極保護(hù)。閉塞區(qū)陽(yáng)極溶解受電化學(xué)過(guò)程控制，陰極過(guò)程主要是溶解氧的擴(kuò)散控制。持續(xù)的閉塞效應(yīng)，促進(jìn)了垢下微區(qū)的溶解反應(yīng)。
　　 利用設(shè)計(jì)的OCC模擬裝置，用極化曲線和EIS方法研究了MoO42-對(duì)N80鋼在0.2 mol/L NaCl溶液中閉塞區(qū)內(nèi)化學(xué)成分及電化學(xué)狀態(tài)的影響。結(jié)果表明，MoO42-能減緩閉塞區(qū)內(nèi)pH值降低及Cl-濃集

5、，減弱酸化自催化效應(yīng)，從而有效地抑制了垢下腐蝕的發(fā)展。MoO42-的作用機(jī)制在于使水合氧化鐵腐蝕膜由陰離子選擇性變?yōu)殛?yáng)離子選擇性，遷入閉塞區(qū)后對(duì)腐蝕的陰極和陽(yáng)極過(guò)程都產(chǎn)生了抑制作用；同時(shí)MoO42-遷入閉塞區(qū)取代或部分取代了Cl-的吸附，并生成不溶性的FeMoO4沉積在金屬表面，增強(qiáng)表面的耐蝕性。
　　 利用OCC模擬裝置，通過(guò)極化曲線、耦合電流、極化電阻、交流阻抗、離子選擇性測(cè)量及原子力顯微鏡技術(shù)研究了月桂酸根離子(C12H2

6、3O2-)和醋酸根離子(C2H3O2-)在0.2 mol/L NaCl溶液中對(duì)N80鋼垢下腐蝕行為的影響。結(jié)果表明：C12H23O2-在碳鋼表面形成單分子層吸附膜，其吸附行為符合Flory-Huggins方程，是一種混合型緩蝕劑。C12H23O2-能有效抑制N80鋼的垢下腐蝕，其機(jī)制主要是：通過(guò)垢層向閉塞區(qū)遷移，閉塞陽(yáng)極和本體陰極極化電阻增大，腐蝕反應(yīng)的陰陽(yáng)極過(guò)程受到抑制；垢層吸附C12H23O2-后，由陰離子選擇性改變?yōu)殛?yáng)離子選擇性，