分析碳钢/Ti和碳钢/Ti/海军黄铜在海水中的电偶腐蚀

作为一种耐蚀材料，Ti愈来愈广泛地应用在许多关键生产设备中，如凝汽器。但是随之而来，与其它耐蚀性较差的材料如不锈钢、Cu、碳钢等制成的设备、管道等相接触,造成的电偶腐蚀问题引起了愈来愈多的关注。影响电偶对阳极腐蚀速率的因素较为复杂，除了与组成电偶对阳极材料本身性质(包括偶接前金属的腐蚀电势、腐蚀电流、极化性能等)有关外，阳极溶解速率还受到阴/阳极面积比以及电解质溶液成分、温度和流速等因素的影响。对于碳钢和Ti电偶腐蚀规律的研究，已有文献报道,但主要集中于阴/阳极面积比值较小、常温、静止的情况，未见有阴/阳极面积比为较大值时电偶腐蚀情况的报道。

本文选取Q235B碳钢、国产纯Ti(TA2)和海军黄铜为实验材料，测定了其在海水中的极化曲线，同时测量了这三种金属的自腐蚀电位和腐蚀速率；研究了碳钢/Ti和碳钢/Ti/海军黄铜在海水中的电偶腐蚀规律，着重讨论了阴/阳极面积比对电偶阳极腐蚀速率的影响。

1、实验方法

实验材料选用国产工业纯Ti(TA2)、Q235B碳钢和海军黄铜,分别加工成不同的尺寸，实验前用环氧树脂封样,留出实验要求的工作面积经水磨砂纸打磨至500#,水洗，丙酮除油,吹干，待用。每组3个平行试样，除注明外,其余实验在室温、静置条件下进行.实验包括每个样品开路电位的测定和样品失重测量，实验周期为10d。实验仪器分别为上海产PZ91四位半高内阻数字电压表和万分之一的电子天平。

2、结果与讨论

2.1、三种金属材料的自然腐蚀

由3种金属材料在海水中的极化曲线测试结果可知,碳钢的腐蚀速率最大(平均为147.7 mg/(m2'.h)),海军黄铜次之(平均为81.2 mg/(m2.h)),而Ti在海水中的腐蚀速率为0.312 mg/(m2.h),显示出极强的耐腐蚀能力,碳钢的自腐蚀电位稳定在- 774.0 mV左右,海军黄铜的自腐蚀电位稳定在- 243.5 mV左右, Ti的自腐蚀电位则稳定在-60mV左右.碳钢和T之间的自腐蚀电位差超过700 mV,看起来它们之间存在很大的驱动电压，但实际的驱动电压是两种金属相互偶接时的电位差。

2.2、TI/碳钢电偶对电偶腐蚀

图2是不同阴/阳极面积比时的Eg、Ig的变化值,其中图2b为面积比为1~ 50的局部放大图.可见,Ti/碳钢电偶对的电偶电位非常接近碳钢的自腐蚀电位,随面积比的增加,电偶电位稍有正移.但正移范围较小，这与Ti强极化性的特点有关.而Ig随阴/阳极面积比的增大明显增大.在面积比值较小的范围内，I。随阴/阳极面积比的增大而线性增大;当阴/阳极面积比增大到一定数值(约为500)时, Ig隨阴/阳极面积比的增大趋势减缓.而Eg的变化幅度也在大于该面积比值时变缓，同样的结论在失重实验中也得到了验证.图3是Ti/碳钢电偶对面积比与阳极失重速率关系曲线,图3b是电偶对面积比为1~ 50的局部放大图.可见,随者Ti/碳钢面积比的增加.阳极的失重速率不断增大，但在阴/阳极面积比值较小范围内失重速率的增大与面积比成线性关系;当面积比> 500时，阳极的失重速率的变化趋势有所变缓,这与大阴极对小阳极产生的极化范围有关.由此可推断,阳极的腐蚀速率随着阴/阳极面积比的增大,将会有一个极限值。

图4是不同面积比时根据Ig和Eg的变化值绘制的动态极化曲线，与图1的极化曲线相比，碳钢在两种不同极化方式下得到的极化曲线变化趋势非常相似；只是动态板化曲线电位较正的部分(即面积比趋向极大值时)极化曲线变得比较平缓，而在图1中，随着电位的正移,电流密度值虽然也有同样的变化趋势，但是在同样的电位范围内，却保持着较大的斜率。这是因为在电偶腐蚀过程中，当阴/阳饭面积比较大时，阳极已经不能够对阴极进行均匀的极化，而电位仍然是在碳钢的同一点上测得的，不能代表整个金属表面的电位变化，在稳态极化曲线测量过程中，由于辅助电极和工作电极面积都比较小，属均匀极化，所以不会存在这种问题。

2.3、碳钢/TV/海军黄铜电偶对电偶腐蚀

碳钢/Ti/海军黄铜组成电偶对在海水中浸泡10 d,碳钢的腐蚀速率为331.8 mg/(m2.h),Ti的腐蚀速率为0.216 mg/(m2.b),海军黄铜的腐蚀速率为29.4 mg/(m2 *h).在碳钢/Ti/海军黄铜组成的电偶对中,Ti和碳钢之间的Ig平均值为8.45 μA/cm2", 海军黄铜和碳钢之间的Ig平均值是7.05 μA/em2.电流从Ti和海军黄铜流向碳钢,因此碳钢是这个电偶系统的阳极。

Ti在海水中的自然腐蚀速率为0.312 mg/ (m2-h),但和碳钢以及海军黄铜组成电偶对后,腐蚀速率减小到0.216 mg/(m2.h),这表明Ti受到了保护,是这个电偶对的阴极.同样可知,海军黄铜也是这个电偶对的阴极。

3、结论

（1）电偶腐蚀过程中，阴/阳极面积比对I。的影响较大,随着阴/阳极面积比的增加, Ig增加,腐蚀速率增大。

（2）形成电偶对时.随着阴/阳极面积比的增大，由于极化不均匀，阳极的腐蚀速率存在-一个极限值。

（3）海水中碳钢/Ti/海军黄铜三种金属组成的电偶对, Ti和海军黄铜是阴板，受到保护;碳钢是阳极,腐蚀加速。