典型金属材料在淡化海水中的腐蚀性能

李 超，李志超，吴 恒，张 波

（1.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，青岛266071；2.钢铁研究总院 青岛海洋腐蚀研究所，青岛266071）

水资源紧缺形势日益严重，淡化海水代替淡水作为循环冷却水已逐渐被沿海企业所采用。由于海水属于强腐蚀性介质，虽然淡化后的海水中腐蚀性离子浓度明显降低，但其仍具有比淡水强的腐蚀能力，容易导致设备发生腐蚀故障［1］。另外，由于各种需要，循环水中常常要加入阻垢剂或缓蚀剂等各种化学药剂，这也会增加循环水的腐蚀性［2-4］。为了合理选择设备材料，避免腐蚀事故的发生，应对淡化海水介质中服役材料的耐蚀性进行研究。目前，材料在循环水中腐蚀性的研究主要以淡水循环水［5-6］和海水循环水［7-10］为试验介质，而对淡化海水循环水的研究较少［11］。

本工作选择典型金属材料碳钢、不锈钢和黄铜作为研究对象，研究了其在淡化海水介质中的耐蚀性，并研究温度和缓蚀阻垢剂对耐蚀性的影响，为使用淡化海水作为循环冷却水的工业系统的合理选材提供试验基础和数据支持。

1 试验

1.1 试验材料

试验材料为10＃碳钢、321不锈钢和HSn70-1A黄铜，化学成分见表1。

表1 试验材料合金元素成分 %

试验介质为某公司采用反渗透技术生产的淡化海水，浓缩后作为试验用水。水质指标如下：pH＝8.67，电导率为1.277ms·cm-1，盐度为0.64%，Cl-质量浓度为350mg·L-1，溶解氧6.82mg·L-1；添加的缓蚀阻垢剂为海水淡化公司提供的循环水配套缓蚀剂，添加质量浓度为160mg·L-1，用氯化钙调节溶液钙硬度为75mg·L-1，用氢氧化钠和碳酸氢钠调节碱度为200mg·L-1，钙硬度和总碱度均以碳酸钙计，pH调为8.5。试验温度分别为35℃，50℃和70℃。

1.2 浸泡试验

浸泡试样尺寸为50mm×25mm，厚度为2～3mm，侧面抛光，主试验面磨光，粗糙度Ra为3.2μm。试样用丙酮去除油污，干燥，测量试样尺寸，精确至0.01mm，称量试样质量，精确至1mg。

试验方法参照GB／T 7901-1999进行，试验时间为30d；试验结束后拍摄试样表面腐蚀形貌，清除腐蚀产物后称量，计算腐蚀速率。腐蚀产物去除按GB／T 16545-1996进行。

1.3 电化学试验

循环伏安曲线测定采用三电极体系，饱和甘汞电极（SCE）作参比电极，铂电极作辅助电极，工作电极为316L。将试样加工成1cm×1cm的方形试样，焊接铜导线，用环氧树脂封固，试样裸露面积为1cm2。试验前将试样的表面用水砂纸逐级打磨至1 000＃，然后用丙酮、去离子水依次清洗，冷风吹干，放入干燥器干燥备用。

用EG＆G 2273电化学工作站测量循环伏安曲线，待试样开路电位稳定后测定其循环伏安曲线。扫描电位从自腐蚀电位开始向阳极方向扫描，扫描速率为2mV·s-1，扫描至自腐蚀电位以上900mV后回扫至自腐蚀电位。

2 结果与讨论

2.1 10＃碳钢

图1为10＃碳钢在不同温度下浸泡试验后的腐蚀形貌。10＃碳钢在淡化海水中的腐蚀产物主要分为两层，外层腐蚀产物为黄色和褐色，腐蚀产物疏松且附着力较差，内层腐蚀产物为黑色，附着力较好。加入药剂后，10＃碳钢表面呈现出不均匀腐蚀现象，腐蚀产物以褐色和黑色为主，附着力较好。由图1（d）和1（h）可见，10＃碳钢主要发生均匀腐蚀。

图1 10＃碳钢浸泡试验腐蚀形貌

图2为10＃碳钢在不同温度淡化海水中的腐蚀速率。由图2可见，随着温度升高，10＃碳钢的腐蚀率增加，最高超过0.35mm·a-1；加入缓蚀阻垢剂后，相同温度下腐蚀率略有降低，仍随温度升高而增大，最高接近0.3mm·a-1。这说明在淡化海水中，对碳钢在淡化海水中的腐蚀具有微弱的抑制作用，温度对腐蚀速率影响更大。

图2 10＃碳钢在不同温度淡化海水中的腐蚀速率

2.2 HSn70-1黄铜

图3为在黄铜HSn70-1在不同温度下浸泡试验后的腐蚀形貌。HSn70-1表面出现斑状红色沉积物，随温度升高，红色沉积物增多。这是因为黄铜HSn70-1发生了脱锌腐蚀，使铜沉积在试样表面。从图3（d）可以看出，加入缓蚀阻垢剂后，黄铜HSn70-1在70℃下仍不发生脱锌腐蚀，这说明该缓蚀阻垢剂能够抑制脱锌腐蚀的发生。

图4为HSn70-1黄铜在不同温度淡化海水中的腐蚀速率。在淡化海水中，在温度较高（70℃）时，HSn70-1黄铜的腐蚀速率较大，约0.035mm·a-1；加入缓蚀阻垢剂后，腐蚀速率明显降低到0.01mm·a-1以下。温度较低时，腐蚀速率均小于0.01mm·a-1，加入缓蚀阻垢剂后，腐蚀速率略有降低。这说明在淡化海水中，缓蚀阻垢剂对的HSn70-1黄铜脱锌腐蚀具有抑制作用，且在温度较高时作用明显。

2.3 321不锈钢

图5为321不锈钢在70℃时浸泡的腐蚀形貌。在淡化海水中，无论是否添加缓蚀阻垢剂，不锈钢321均无明显腐蚀迹象。

为进一步研究温度和缓蚀阻垢剂对321不锈钢耐蚀性的影响，对321进行循环伏安曲线测试，见图6。

对循环伏安曲线进行拟合，得到321不锈钢在淡化海水中的点蚀特征电位，见表2。

从表2可以看出，在淡化海水中，随着温度升高，321的点蚀击穿电位Eb和点蚀保护电位Epr负移。这表明温度升高后，321的钝化膜稳定性降低，更容易被破坏，同时破坏区域的钝化膜修复难度增大，材料的耐点蚀性能下降。加缓蚀阻垢剂后，321的点蚀击穿电位Eb和点蚀保护电位Epr基本不变，说明缓蚀阻垢剂对321耐点蚀性能的影响不大。

表2 321不锈钢的点蚀特征电位

3 结论

试验结果表明，在淡化海水循环水中，10＃碳钢发生均匀腐蚀，腐蚀率都随着温度升高而增大，缓蚀阻垢剂对腐蚀有轻微的抑制作用；HSn70-1黄铜发生脱锌腐蚀，腐蚀速率都随着温度升高而增大，缓蚀阻垢剂对腐蚀有抑制作用，在高温时抑制作用明显；不锈钢无明显腐蚀现象，但可能发生点蚀，随温度升高，耐点蚀性能降低，缓蚀阻垢剂对不锈钢耐点蚀性能影响不大。

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