低合金钢在模拟海洋低温环境下的电偶腐蚀的实验方法

海洋材料因其性能的优异性被广泛应用于海洋科技与工程装备的开发中，但海洋材料的腐蚀是影响其应用的突出问题。虽然对海洋材料腐蚀问题已有较多的经验积累，但对于多电极电偶对的电偶腐蚀防护仍存在许多未解决的问题。例如，海洋装备在海水电解质中，金属连接件会因保护方法的失效面临更大的电偶腐蚀风险。

目前，研究重点集中在双金属偶对的电偶腐蚀，并构建了相对完善的数学模型，只需应用相关的电化学参数就可计算电偶电位与电偶电流。除了双金属偶对，实际工程应用中也广泛存在复杂金属偶对。例如，螺栓，垫片与基材之间，熔覆焊料、热影响区与金属焊接件之间，多种材料组成的海水冷却器，深潜器多材料壳体等。在金属连接处常采用绝缘法兰、垫片、涂层防护等防护措施，但随着服役时间的增加，防护手段的有效性下降甚至失效，从而增大了结构件之间存在的三金属甚至多金属的电偶腐蚀风险。

因此，越来越多的研究人员逐渐意识到对复杂电偶腐蚀研究的重要性。杜敏等[21]通过失重测量对比碳钢/工业纯钛/海军黄铜构成的三金属偶对发现，体系中碳钢为阳极，腐蚀加速，工业纯钛与海军黄铜均作为阴极而腐蚀减缓。但是该研究仅通过失重方法来判断了三金属偶对阴阳极的极性。Shi 等[22]研究了腐蚀性介质 pH 对 2024 合金/Q235 钢/304 不锈钢复杂三金属体系电偶腐蚀的影响。研究表明：除了 Q235 钢在酸性溶液中电偶腐蚀的初始阶段起阳极作用外，2024 合金总是在不同 pH 的 4 种 NaCl 溶液中充当唯一的阳极，并且在碱性溶液中的电偶腐蚀最严重，但由于腐蚀产物的积累，其电流密度随浸入时间的延长 而降低。张晓梅[23]等在研究了不同温度下 B10 和硅黄铜之间的电偶腐蚀行为，表明电偶腐蚀效应及电偶腐蚀敏感度随着温度的降低而降低。李淑英等[24]研究了碳钢/紫铜在 NaCl 溶液中的电偶腐蚀行为，发现温度对电偶电流的影响十分显著。

目前复杂偶对的电偶腐蚀研究都是针对高电位差的金属偶对，但实际工程维修中往往会使用同一类型不同牌号的金属材料进行修补，同一类材料不同牌号之间也存在较低的电位差(<60mV)，同样存在发生电偶腐蚀的风险。文献[25-27]对低合金钢之间的电偶腐蚀进行相关研究表明，低合金钢之间也存在电偶腐蚀风险，但未深入研究电偶腐蚀效应对阳极金属腐蚀历程的影响。，因此探究低电压差多电极体系的电偶腐蚀具有重要的工程意义。本文以3种低合金高强钢907A/921A/980构成三相电偶对为研究对象，在实验室模拟低温海水环境下测定温度对其电偶腐蚀行为的影响，为海洋装备的设计和制造提供相关的理论信息，减少海洋环境下电偶腐蚀的风险。

实验所选材料为907A钢、921A钢和980钢，成分如表1所示。试样在背面焊接铜导线后用环氧树脂封装，保留工作面积为20mm×40mm与1cm2，分别用于腐蚀形貌观察和电化学测试，密封电极确保电极工作面四周没有气泡和缝隙。待完全固化，将两种尺寸的试样工作面用金刚石砂纸逐级打磨至1000号并用抛光布抛光，然后用丙酮脱脂并用无水乙醇清洗，放入干燥箱中晾干备用。

将三金属电偶腐蚀试样按图1a所示方式放置于电解池中。电解质溶液采用ASTMD1141-98(2013)规定的人工海水，每3d更换一次。控制电解池嵌套内溶液温度使电解液分别保持在0℃、10℃、20℃，保持溶液中的含氧量为5.0mg/L。电偶腐蚀前的24h内，分别在2、4、8、12和24h测试电偶电位和电偶电流，后续7d内，每天测试一次。

电偶腐蚀实验前后，分别采用MultiAutolabM204电化学工作站进行电化学阻抗谱和极化曲线的测量。极化曲线和电化学阻抗谱测试均采用三电极体系，饱和甘汞电极(R232)电极，铂电极作为对电极。极化曲线测试时首先测试工作电极的开路电位60s，随后进行动电位极化测试，扫描速度为1mV/s，扫描范围相对于开路电位±300mV。电化学阻抗谱扰动信号为±10mV，频率范围为100K～10mHz，对数扫频，并采用拟合电路对数据进行分析。

腐蚀实验结束后参考国家标准GB/T15545-2015去除腐蚀产物，采用PX2202ZH天平测量失重(精度为0.0001g)。腐蚀形貌采用Sigma500型扫描电子显微镜进行观察，观察电压为5KV。孔蚀深度采用VK-X250K激光共聚焦显微镜测量。

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