304不锈钢在3.5％NaCl溶液中点蚀过程的电化学研究

摘要

304不锈钢具有良好的机械性能、加工性能及耐蚀性，被广泛应用于石油化工、航空航天等领域，但在侵蚀性环境中容易发生点蚀。本文综合运用恒电位极化法、动电位极化法以及交流阻抗技术研究了温度、溶解氧对304不锈钢亚稳蚀孔萌生及电化学行为特征的影响；同时采用动电位电化学阻抗谱、三维视频显微镜等方法研究了温度、溶解氧对304不锈钢亚稳向稳态转变初期几何特征的影响；并利用紫外光分光光度法测得了蚀孔内铁离子的物质的量浓度，以下是主要研究结果：
　　亚稳蚀孔萌生阶段，随着温度由20℃升高至40℃，亚稳蚀孔萌生期变短，单位时间形核数目增多，平均峰值电流和亚稳蚀孔寿命增大。外加阳极过电位为0.45 V，恒电位下极化1000 s，溶解氧含量分别为5.05 mg/L、9.78 mg/L、14.96 mg/L和20.16 mg/L的溶液中304不锈钢亚稳态蚀孔的形核数目分别为8、12、34和72；平均峰值电流分别是0.323μA、0.336μA、0.574μA和0.886μA；亚稳蚀孔寿命分别是5.27 s、4.98 s、3.08 s和2.64 s。不同溶解氧含量条件下亚稳态蚀孔的发展速度k均呈现出先缓慢地增加，在达到某一时间（亚稳态蚀孔发生再钝化前的1~2 s）时迅速增大，且随着溶解氧含量的升高k值逐渐增加，即k20.16＞k14.96＞k9.78＞k5.05。动电位极化曲线结果表明，溶解氧含量升高304不锈钢的 Ecorr正移，Icorr增大，钝化膜修复能力增强，Eb降低，耐点蚀性能减弱。而溶解氧含量升高Rct不断减小，Rf逐渐增大则说明 O2的增加既加速了腐蚀过程又有利于钝化膜修复。
　　亚稳向稳态转变的初期过程中，经0.15VvsSCE恒电位极化后，单个蚀孔的点蚀电流、蚀孔体积、蚀孔口径和孔深的增长速率均随温度的升高而增加；同一温度下蚀孔口径和孔深的增长速率随时间的延长略微减缓。蚀孔表面具有不完整的花边盖，盖板完整程度随温度升高而降低。不同溶解氧含量的3.5％NaCl水溶液中阳极过电位为0.45 V，304不锈钢单个稳态蚀孔生长电流和时间的关系满足线性方程I=kt+b，且k值随氧含量的升高而增大。稳态蚀孔口径在经历一段时间快速生长后，生长速率会降低；蚀孔开始生长的30 s，深度变化不大；30 s之后，蚀孔深度的增长速率不断增大，蚀孔生长相同时间深度随氧含量的升高而增大。
　　采用紫外光分光光度法结合恒电位极化技术测得蚀孔内铁离子的物质的量浓度为3.29 mol/L。通过对模拟溶液进行除氧，以及实验前后测定pH值变化和收集氢气的方法，证明304不锈钢在模拟溶液中发生了氢还原反应。模拟溶液中电化学测试的结果表明，304不锈钢在模拟溶液中Ecorr正移，Icorr增大，Rct减小，说明其在模拟溶液中腐蚀加剧，腐蚀速率更大，且呈现出类均匀腐蚀的特征。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2不锈钢点蚀研究概述

1.3不锈钢点蚀的研究现状

1.4不锈钢点蚀的研究方法

1.5本课题的研究内容

第2章 实验方法

2.1 实验材料

2.2实验设备

2.3 304不锈钢亚稳蚀孔萌生的研究

2.4 304不锈钢亚稳向稳态转变早期的研究

2.5 铁离子浓度测定及模拟溶液对304不锈钢点蚀行为影响

第3章 304不锈钢亚稳蚀孔萌生的研究

3.1前言

3.2温度对亚稳蚀孔萌生的影响

3.3温度对304不锈钢电化学行为的影响

3.4溶解氧含量对亚稳态孔蚀萌生的影响

3.5溶解氧含量对亚稳态孔蚀生长特征的影响

3.6溶解氧含量对304不锈钢电化学行为的影响

3.7本章小结

第4章 304不锈钢亚稳向稳态转变早期的研究

4.1前言

4.2温度对稳态蚀孔几何特征的影响

4.3溶解氧含量对电极过程的影响

4.4溶解氧含量对稳态孔蚀几何特征的影响

4.5本章小结

第5章 铁离子浓度测定及模拟溶液对304不锈钢点蚀行为影响

5.1前言

5.2蚀孔内铁离子浓度的测定

5.3模拟溶液对304不锈钢点蚀行为的影响

5.4展望

5.5本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

声明