在NaCl溶液中硅酸钠对碳钢腐蚀行为的影响

席艳君

(中原工学院， 郑州 450007)



在NaCl溶液中硅酸钠对碳钢腐蚀行为的影响

席艳君

(中原工学院， 郑州 450007)

摘要：在NaCl溶液中添加不同量的硅酸钠，研究在该溶液中硅酸钠对碳钢腐蚀行为的影响。实验结果表明，随着硅酸钠含量的升高，碳钢腐蚀速度逐渐降低；当硅酸钠含量增加到一定浓度时，碳钢腐蚀速度又呈现增加的趋势。

关键词：硅酸钠；碳钢；腐蚀

Q235因含碳适中，综合性能较好，广泛应用于建筑和工程结构中，但耐蚀性差大大限制了其应用。对此，人们利用不同的方法对其加以改善[1]。缓蚀剂是少量加入到腐蚀介质中便能显著减缓或阻止金属腐蚀的物质，也叫腐蚀抑制剂。缓蚀剂防护金属的优点在于用量少、见效快、成本较低、使用方便，目前已广泛应用于机械、化工、冶金、能源等行业。王奎涛等研究了硅酸钠对Q235钢在过氧乙酸中的腐蚀行为[2]；苏小红等研究了硅酸钠对5083铝合金点蚀性能的影响[3]，王成等对铝合金在添加硅酸钠的溶液中的腐蚀行为进行了研究[4]。研究结果均表明，硅酸钠具有良好的缓蚀效果。本文以常用的Q235为实验材料，研究在NaCl溶液中硅酸钠对碳钢腐蚀行为的影响，这有助于对碳钢腐蚀环境进行深层次探讨,为防护方案提供新的思路和依据。

1实验

将截取的Q235钢进行打磨和超声波清洗。配置NaCl溶液(3.5%)，添加不同含量的硅酸钠(1%、5%、10%)。

电化学腐蚀测试：将碳钢浸泡在不同硅酸钠含量的NaCl溶液中，记录电位随时间变化的情况，直到电位基本稳定，保存电位随时间变化曲线。将极化范围调到相对开路电位±0.2 V，设置扫描速度0.2 mv/s，测定阴阳极极化曲线。对腐蚀表面进行显微照相。

2结果与分析

碳钢在3种不同硅酸钠含量的NaCl溶液中的自腐蚀曲线如图1所示。从自腐蚀曲线可看出，随着时间的变化，碳钢在浸泡初期电极电位正移较大。电极电位是试样和溶液界面双电层两侧的电位差。自腐蚀曲线上的电位变化是形成稳定双电层的过程体现，所以，最初电极电位随时间变化较大，之后逐渐趋于稳定，曲线整体趋于平缓。在1%硅酸钠的NaCl溶液中试样自腐蚀电位大约为-0.40 V，在5%硅酸纳的NaCl溶液中试样自腐蚀电位在-0.26 V左右，即随着硅酸钠含量的升高，碳钢在NaCl溶液中的腐蚀倾向性逐渐减弱。当硅酸钠的浓度达到10%时，材料在NaCl溶液中的自腐蚀电位大约为-0.44 V，这个稳定电位比1% 和5% 条件下的自腐蚀电位都要低。这表明，当硅酸钠达到一定数值时，随着其含量的增加，材料的腐蚀倾向性不是减弱，而是增加。

图1　碳钢在不同硅酸钠含量的NaCl溶液中的自腐蚀曲线

图2是碳钢在不同硅酸纳含量的NaCl溶液中的动电位极化曲线。在动电位极化曲线中，硅酸钠含量为10%时，材料的腐蚀电位最低，硅酸钠含量为5%时，材料的腐蚀电位最高，这个规律和自腐蚀电位的测试结果正好吻合。在动电位极化曲线中，阳极极化曲线是阳极溶解的过程体现。从图2能够看出，在相同的极化电位下，硅酸钠含量为10%的溶液中，材料的腐蚀电流最大，其次为含1%硅酸钠的溶液，腐蚀电流最小的是硅酸钠含量为5%的溶液。这个结果也和自腐蚀电位的测试结果相吻合。特别需要说明的是，在含1%硅酸钠的NaCl溶液中，当极化电位达到-0.25 V左右时，阳极溶解电流呈现快速增加的趋势，几乎以水平线形式快速增加。说明硅酸钠的含量低，在极化范围很小时，可以起到一定的缓蚀作用。但是，极化范围增大后，减缓腐蚀的作用会很快消失。

图2　碳钢在不同硅酸钠含量的NaCl溶液中的动电位极化曲线

图3是碳钢在不同硅酸钠含量的NaCl溶液中的金相显微照片。从图3(a)可看出，碳钢在含1%硅酸钠的NaCl溶液中腐蚀比较严重，腐蚀范围广，腐蚀坑不仅大而且非常密集。从图3(b)可看出，碳钢在该溶液中的腐蚀明显，腐蚀坑细小，与含1%硅酸钠的NaCl溶液实验相比，腐蚀程度较轻。由图3(c)可以看出，碳钢在该溶液中的腐蚀程度较重，腐蚀面积较大，腐蚀坑很深且分散。与含5%硅酸钠的NaCl溶液相比腐蚀程度明显加重。

(a) 1%硅酸钠

(b) 5%硅酸钠

(c) 10%硅酸钠图3　碳钢在不同硅酸钠含量的NaCl溶液中腐蚀后的金相照片

硅酸钠在水溶液中以负电荷离子及负电荷胶体离子的形式存在，由于静电吸附效应，形成不溶性的硅酸铁保护膜，作为铁表面的保护层，可同时抑制碳钢的阴阳极反应[1]。当添加低浓度的硅酸钠后，缓蚀效率随着浓度的增大而提高。所以，当硅酸钠含量从1%增大到5%时，在自腐蚀曲线上表现出电位上升，微观形貌上显示腐蚀坑变浅，腐蚀坑数量减少，腐蚀速率逐渐降低。而当缓蚀剂增加到一定值后，保护层不随硅酸钠的增加而增加，因此，当硅酸钠含量达到10%时，缓蚀效果消失，材料的腐蚀速度增加，微观形貌上腐蚀坑加深。

3结语

研究碳钢在添加1%、5%、10%硅酸钠的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为，对自腐蚀曲线、动电位极化曲线、腐蚀形貌进行分析，结果表明：随着硅酸钠含量的增加，碳钢的腐蚀程度逐渐减弱；当硅酸钠含量达到一定浓度后，腐蚀速度逐渐增加。

参考文献:

[1]席艳君，刘泳俊.电沉积Fe-Ni-Cr镀层的腐蚀性能研究[J].中原工学院学报，2007，18(5)：17-19.

[2]王奎涛，孟庆来，翟朋达，等. 过氧乙酸中硅酸钠对Q235钢的缓蚀影响[J]. 表面技术，2015,44(12):122-126.

[3]苏小红，孔小东，陈德斌. 硅酸钠对5083铝合金点蚀性能的影响研究[J]. 腐蚀研究，2010，24(10)：40-43.

[4]王成，江峰，张波，等. 硅酸钠对铝合金的缓蚀作用及对腐蚀疲劳寿命的影响[J].腐蚀与防护，2000，21(10)：435-439.

(责任编辑：姜海芹)

Effect of Sodium Silicate on the Corrosion Behavior of Carbon Steel in the NaCl Solution

XI Yan-jun

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

Abstract:Effect of sodium silicate on the corrosion behavior of carbon in the NaCl solution is studied. The results show that the corrosion rate of carbon steel in NaCl solution is slower with increasing the concentration of sodium silicate within a certain concentration range. When the concentration of sodium silicate approaches a certain value, the corrosion rate of carbon steel is increased in the NaCl solution.

Key words:sodium silicate; carbon steel; corrosion

中图分类号：O469

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2016.01.013

文章编号：1671-6906(2016)01-0055-02

作者简介：席艳君(1974-)，女，山西临汾人，副教授，博士，主要研究方向为材料腐蚀与防护。

收稿日期：2016-01-05