高温条件对金属材料电化学腐蚀行为的影响研究

张正彪

（昭通学院，云南 昭通 657000）

金属材料根据所包含的金属元素种类不同，可分为纯金属材料、合金金属材料、金属材料金属间化合物以及特殊金属材料四种，由于金属材料具有良好的力学性能、化学性能等金属特性，其中化学性能包括耐酸性、耐碱性、耐氧化性、耐腐蚀性，被广泛应用在生产、生活中，随着金属材料生产工艺水平不断提高，以及对金属材料耐久性能要求不断提高，在金属材料生产和使用中，金属材料的耐腐蚀性能越来越受到重视，试图通过不断的优化金属材料的生产工艺来提高金属材料的耐腐蚀性能，所以对金属材料电化学腐蚀行为研究是非常必要的，因此提出高温条件对金属材料电化学腐蚀行为的影响研究，为优化金属材料生产工艺，以及提高金属材料耐腐蚀性能提供理论依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料与设备

实验材料为某大型金属材料生产企业提供，所有金属材料均为热轧试样，金属材料生产工艺采取的是ACG（氩氧脱碳）精炼工艺。经检测金属材料主要金属元素成分如表1所示。

从表可以看出，所选的金属材料中碳元素、硫0元素以及磷元素等有害金属元素质量分数均低于国标规定（wt≤0.075%）的最低要求，并且金属材料试样夹杂物较少，不会影响实验结果。对于金属材料的腐蚀介质选择碳酸钠溶液，对碳酸钠溶液要用分析纯试剂和高纯去分子水进行配置，所有实验环境均在温室下进行。

实验设备：美国FD公司生产的LK502恒电流仪；英国RT公司生产的PKJ恒电位仪；工作电极、参比电极以及辅助电极三电极体系装置。

1.2 实验过程

首先将金属材料试样进行常规电化学实验，采用工作电极、参比电极以及辅助电极三电极体系装置，如果没有特殊说明，工作电极和辅助电极均是相对于参比电极，且工作电极为Pt片。实验中分别在10℃常规温度与100℃超高温度条件下，将金属材料试样放在碳酸钠腐蚀溶液中进行腐蚀，利用KUG006电位扫描仪由低频向高频进行电位扫描，腐蚀电位-时间曲线测试时间为1000s，频率范围设定在120kHz～180 kHz区间内，仪器的激励信号幅值设定为15mV正弦交流信号，此外电位区间设定在-0.9V-+0.9V，扫描速度为25mV/s，由阳极电极到阴极电极进行电位扫描。将扫描得到的数据利用DLP软件进行拟合，然后根据数据拟合结果提出相应的等效电路图，用于记录金属材料电化学腐蚀电位随时间的变化。

表1 金属材料的化学成分的质量分数（wt%）

表2 常规温度和高温条件下金属材料的电化学腐蚀参数表

当在腐蚀电位下，金属材料在碳酸钠溶液中浸泡时间达到45min后获得金属材料腐蚀产物膜，运用扫描电化学显微镜对金属材料腐蚀产物膜进行测量，采用三电极体系，探针电极为Pt盘位电极，光斑直径大小为45μm，化学元素深度分布采用能量为0.65keV的Ar离子对金属材料腐蚀产物膜进行轰击，电流为1.5mA，最后利用KJYH4.65软件进行峰值拟合，用于分析金属材料电化学腐蚀行为特征，所有金属材料的电化学实验需要至少重复三次，以此保证实验结果的有效性。

2 实验结果与分析

在常规温度和高温两种温度条件下，金属材料都有明显的电化学腐蚀行为，下图为金属材料在常规温度和高温条件下腐蚀电位-时间曲线图。

图1 金属材料在常规温度和高温条件下腐蚀电位-时间曲线图

从上图可以看出，在常规温度下金属材料在碳酸钠腐蚀介质中浸泡时间为250s以后，腐蚀电位基本达到稳定状态，并且整个实验过程中，金属材料的腐蚀电位变化幅度不高；而在高温条件下，金属材料在碳酸钠腐蚀介质中腐蚀电位起初下降较快，大约在450s后趋于稳定状态，这说明高温条件会降低金属材料电化学腐蚀行为的稳定性，并且会加快金属材料的电化学腐蚀行为速度。下表为常规温度和高温条件下金属材料的电化学腐蚀参数表。

上图所表示为不用温度条件下，金属材料在腐蚀介质中的电化学阻抗谱特征。从上表可以看出，温度提高后，金属材料无论是致密层电阻远远高于疏松层电阻，这说明高温条件下金属材料致密内层的腐蚀特性在钝化膜的耐蚀性能影响机制中起到主导作用，也说明随着温度的提高，金属材料的钝化膜厚度有所增加。

3 结果讨论

通过以上实验研究与分析发现，高温条件对金属材料电化学腐蚀行为确实具有较大的影响，金属材料电化学测量结果表明，高温条件会影响到金属材料电化学腐蚀行为稳定性，不仅会加快金属材料电化学腐蚀进程，还会加深金属材料电化学腐蚀深度。而从金属材料电化学腐蚀参数中可以看出，温度的升高，会扩大金属材料钝化区域范围，并且增强金属材料的钝化现象，腐蚀电流密度与腐蚀电位也高于常规温度，腐蚀电位与腐蚀电流密度代表的是金属材料的腐蚀速度和腐蚀程度，这说明温度越高，金属材料腐蚀倾向越大，腐蚀速度越快，腐蚀程度越深。从金属材料的钝化角度分析，金属材料进入钝化状态的电位大小可以看出，常规温度下金属材料的致钝电流低于高温环境，说明高温条件会加快金属材料更早进入钝化区，并且钝化状态的稳定性较好，以此实现了高温条件对金属材料电化学腐蚀行为的影响研究。

4 结语

此次对高温条件对金属材料电化学腐蚀行为的影响进行了研究，对金属材料腐蚀性能进一步提高具有重要的理论意义，同时对金属材料精炼工艺的优化和完善也同样具有重要的参考依据。由于此次研究时间有限，虽然在该方面取得了一定的研究成果，但实验条件仅设置了常规温度与高温温度两种，并且选取的腐蚀介质仅有碳酸钠酸性介质一种，研究内容还存在一些不足之处，今后还需在该方面进行深入研究，为金属材料电化学腐蚀行为研究提供理论依据。