金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为研究

张正彪

（昭通学院，云南 昭通 657000）

金属材料根据金属元素含量不同和包含的金属元素种类不同，可以将金属材料分为纯金属材料和合金材料两种。随着工业经济的快速发展，金属材料由于具有良好的建筑性能，被广泛应用在生产、生活的各个方面，金属材料的耐腐蚀性能成为最受关注的使用性能。目前对于金属材料的耐腐蚀性能评价主要是通过利用化学浸泡法来实现，将金属材料暴露在酸性、碱性、氧化等化学环境中，经过一定时间后，再通过对金属材料表面的腐蚀孔数量和深度、金属材料重量损失进行计算，以此来对金属材料的耐腐蚀性能评价，这种方法虽然操作简单，并且成本较低，但是在测试过程中金属材料容易受到外界因素影响，导致对金属材料的耐腐蚀性能评价结果存在一定误差[1]。为了更加准确合理的测试出金属材料的耐腐蚀性能，经过近几十年的研究，推出了一种电化学理论，以电化学作为理论基础，通过对金属材料的腐蚀电化学行为分析，进而得到金属材料的耐腐蚀性能特征，这种方法可以准确的评估出金属材料的耐腐蚀性能特征，为此提出金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为研究，对探索金属材料腐蚀机理研究具有重要理论意义。

1 金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为研究

此次以纯金属材料和合金金属材料作为研究材料，以酸性介质中的主要成分NaCl作为腐蚀介质，通过对纯金属材料与合金材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线绘制，以及纯金属材料与合金材料在酸性介质中电化学阻抗谱分析，最后总结出金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为。

1.1 金属材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线分析

金属材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线，实际表示的是金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学过程，其是行为研究的基础环节[2]。此次将纯金属材料和合金金属材料，分别放在浓度为1.5%、3.5%、5.5%的NaCl溶液中，采用腐蚀电化学综合测量仪对其进行测试，得到的纯金属材料与合金金属材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线如图1图2所示。

图1 纯金属材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线图

图2 合金金属材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线图

从图1可以看出，纯金属材料在NaCl溶液中大约300s后，电位基本达到稳定状态，不同浓度的NaCl溶液中纯金属材料的腐蚀电位值为-1.206V、-1.268V、-1.304V，随着酸性介质浓度的增加而发生负移；合金金属材料在NaCl溶液中大约200s后电位就基本达到稳定状态，不同浓度的NaCl溶液中纯金属材料的腐蚀电位值为-1.156V、-1.238V、-1.326V，同样随着酸性介质浓度的增加而发生负移，这说明无论是纯金属材料还是合金材料，在酸性介质中腐蚀程度都会随着浓度的增加而增加。

1.2 金属材料在酸性介质中电化学阻抗谱分析

电化学阻抗谱是分析金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为的核心环节，将纯金属材料和合金材料分别放在酸性介质中，分析开路条件下金属材料与和合金材料的电化学阻抗谱特征，同样利用腐蚀电化学综合测量仪对其进行测试，得到纯金属材料与合金金属材料在不同浓度酸性介质中的电化学阻抗谱如下表所示。

表1 纯金属材料与合金金属材料在不同浓度酸性介质中的电化学阻抗谱

表2 纯金属材料与合金金属材料在不同浓度酸性介质中的腐蚀电化学参数

从表1可以看出，随着酸性介质浓度的增大，纯金属材料的容抗弧逐渐减小，而其容抗弧的大小基本等同于金属材料在酸性介质腐蚀过程中的电荷传递电阻，说明纯金属材料基地表面具有活性，就是纯金属材料表面的活性随着酸性介质浓度的增大而增强；而合金材料的容抗弧随着酸性介质浓度的增大成正比，并且合金材料的容抗弧与电荷传递电阻相差较大，说明合金材料基地表面活性不会受到酸性介质浓度的提高的而变化，通过以上分析可以得知，纯金属材料在酸性介质中的腐蚀速率比合金材料高[3]。经过SDinpWin软件对以上数据进行拟合，得出的塔菲尔斜率、腐蚀电位、腐蚀电流密度等腐蚀电化学参数如下表所示。

从表2可以看出，随着酸性介质浓度的增加，纯金属材料与合金材料腐蚀电流密度也在逐渐增大，因此金属材料的耐腐蚀性能降低[4]。纯金属材料的腐蚀电流密度均比在相同条件下合金材料的高，说明金属材料所包含的金属元素种类增加后，金属材料的耐腐蚀性能提高，并随着极化电位的升高而提高[5]。纯金属材料在酸性介质浓度为中性时出现了钝化现象，并且钝化区域范围比较宽广，随着介质浓度的提高，钝化现象增强，并且导致钝化现象发生的腐蚀电流密度，远远大于酸性介质浓度为中性时的腐蚀电流密度；而合金金属材料在酸性介质浓度较高时出现钝化现象，并且随着酸性介质浓度的提高，合金金属材料钝化现象消失，这说明金属材料所包含的金属元素种类增加后，金属材料的钝化膜溶解速度加快。

通过以上对金属材料在酸性介质中的腐蚀电位-时间曲线分析，以及金属材料在酸性介质中电化学阻抗谱分析，可以总结出金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为为：随着酸性介质浓度的提高，金属材料腐蚀电流密度增加，并且腐蚀速度加快，纯金属材料的腐蚀电流密度均比相同条件下合金材料的大[6]。并且随着酸性介质浓度以及极化电位的升高，金属材料钝化加强，以此实现了对金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为研究。

2 结语

此次在回顾与总结该方面国内外研究成果基础上，对金属材料在酸性介质中的腐蚀电化学行为进行了研究，对金属材料在酸性介质中的腐蚀性能特征及机理，具有重要的理论指导意义和应用价值，对金属材料在酸性介质中抗腐蚀措施的采取提供理论依据。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，对于金属材料的腐蚀电化学行为研究仅处于表面层面，今后还会对金属材料在碱性介质以及氧化介质中的腐蚀电化学行为进行研究。