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1、中文摘要利用旋转电极与恒温水浴控制装置对黄铜管在冷却水系统中的运行工况进行模拟，建立研究冷却水系统中黄铜管腐蚀的测试系统，对H A l 7 7 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为进行了电化学研究。研究流速、温度以及缓蚀剂作用对腐蚀行为的影响。主要成果有：通过线性极化测试和电化学阻抗谱( E I S ) 技术研究了海水流速对H A l 7 7 2黄铜腐蚀行为的影响，结果表明：在流速2m s 的海水中，腐蚀速率随着流速增加基本呈线性增大；在2m s , - - 4m s 之间腐蚀速率的变化很小；当4 5m s 时，随着流速的增加，腐蚀速率迅速增大。在不同流速海水中E I S 呈现不同特征：静止海
2、水中E I S 呈现扩散影响的特征； 毫oo I L lT i m e l S图3 1 腐蚀电位随时间的变化F i g3 - 1E - t i m eC 1 I I V e2 4天津大学硕士学位论文H A l 7 7 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为图3 2 不同流速下的线性极化曲线F i g3 - 2L i n e a rp o l a r i z a t i o nC t l l v ea td i f f e r e n tv e l o c i t y2 5 一 E ，童q第三章H A l 7 7 - 2 黄铜在流动海水中的腐蚀行为表3 1 线性极化曲线拟和结果T a b l e3
3、 - IR e s u l t sc a l c u l a t e df r o ml i n e a rp o l a r i z a t i o nC U I V e S流速m s 叫b m Vb d r n V如衅c m 。R d k a t i l l 2“ E q C =工 a 芷V e l o c i t y m s 1图3 3 极化阻力随流速的变化F i g3 - 3 砩一v e l o c i t yc u r v e3 3 不同流速海水中的电化学阻抗谱特征图3 小3 6 是试样在介质流速为O 5r n s 范围内的电化学阻抗谱。可见，在不同的流速范围内E I S 呈现不同的
4、特征。图3 7 是电化学等效电路图。天津大学硕士学位论文H A l 7 7 - 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为占卫蕊。造一 q 豆寻弓姬c m 2f r e q u e n c e dH zf r e q u e n c e H z图3 4 静止海水中的E 1 SF i g3 - 4E 1 Si ns t i l ls e a w a t e r2 7 第三章H A l 7 7 2 黄铜在流动海水中的腐蚀行为罨 豆 薄t q 里菌。 奄仃e q u e n c e ，P 忆图3 4 51 m s - 4 m s 流动海水中的E I SF i g3 - 5E I Si nlm s - -
5、4 m sf l o w i n gs e a w a t e r天津大学硕士学位论文H A l 7 7 - 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为基里 、E 广tq旦蕊a 龟W k n 啪2f r e q u e n c e H zf r e q u e n c e H z图3 - 64 n Y s 以上流动海水中E I SF i g3 - 6E I Si nf l o w i n gs e a w a t e rw i t hv e l o c i t ya b o v e4 m s2 9 第三章H A l7 7 2 黄铜在流动海水中的腐蚀行为Q a )Q -b )Q -l c l图3 7
6、电化学等效电路图( a ) 静止；( b ) 4 m s 以下；( c ) 4 m s 以上F i g3 - 8E I SE q u i v a l e n tc i r c u i t ，( a ) s t i l l ；( b ) b d o w4 m s ；( c ) a b o v e4 m s静止海水中，E I S 谱线的低频部分表现出明显的W a r b u r g 阻抗特征( 图3 _ 4 ) 。表明腐蚀反应受海水中氧扩散控制的影响。静止海水中，存在滞流层。溶解氧在滞流层中的扩散速度不够快，从而影响腐蚀反应。其电化学等效电路可由图3 - 7 ( a )描述。兄为溶液电阻，Q 批，
7、为表示腐蚀反应的组元，W 为W a r b u r g 阻抗。表3 2为解析电化学阻抗谱数据得出的电化学等效电路参数。天津大学硕士学位论文卧1 7 7 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为表3 2 电化学等效电路参数拟和结果T a b l e3 - 2E q u i v a l e n tc i r c u i tp a r a m e t e r sc a l c u l a t e df r o mE l Si nf l o w i n gs e a w a t e rV 龟l o c i 坤R sYnR rWR#L|e r r o Fm s - 1 Q c I n 2Q - I c m
8、- 2 一k Q c m ?G c I n 2 s 1 尼k Q c m ?I - I c m 2O2 7 57 5 5 7 x l O 。oO 8 02 4 34 4 3 x 1 0 1 4 5 m s 时( 图3 6 ) ，E I S 谱线的低频部分呈现感抗弧，表明试样表面发生了点蚀。可用图3 7 ( c ) 所示的电化学等效电路来解析。R 止，表示由点蚀引起的感抗元件。这是由于水流的机械冲击作用，并且高速流动的海水产生的气泡不断在工作电极的表面破裂，两者共同作用，使得电极表面出现了破损点，导。致点蚀产生。可见流速为2 m s 海水中的试样表面有轻微的水流冲刷腐蚀痕迹，而在流速为5 m s
9、 的海水中，试样表面不仅有水流冲刷腐蚀的痕迹，还可以明显地观察到少量小的蚀坑。 电化学等效电路中的电荷传递电瞰，可以表征腐蚀速率，其值越小，反应速率越快。由电化学等效电路拟和参数( 表3 - 2 ) 可知，海水流速的增加，腐蚀速率逐渐增加。这是因为海水的流动使溶解氧扩散到金属表面的速度加快。随着海水流动速度的增加，电极表面的氧供应量得到充分保证，因而氧的去极化作用一直处于高峰状态，腐蚀速度也随之增大【5 7 1 。为进一步说明腐蚀速率和海水流动速度的关系，进行了线性极化测试。对极化曲线数据进行拟合，得到试样在不同流速海 水中的极化电阻耶，其结果和E I S 测试得到的传递电瞰，结果随流速变化的
10、趋势基本一致( 图3 8 ) 。海水流速从静止提高至U 2 r r g s ，极化电阻R P 随流速增加基本呈线性关系减小。这是由于海水的流动导致氧的扩散速度加快，氧扩散控制的影响逐渐减弱。当海 水流速在2 m s - - 4 m s 之间时，极化电瞰P 随流速变化不大，这是因为电极表面氧供给得到充分保证，氧扩散过程容易进行，腐蚀速度的控制步骤是氧的阴极还原反应速度，与流速的关系不大。当流速 t 4 5m s 时，由于水流的机械冲击作用，使第三章H A l 7 7 - 2 黄铜在流动海水中的腐蚀行为得电极表面出现了破损点，导致点蚀产生，极化电阻郎又随流速的增加迅速减小。N Eq C = Z、
11、0 ：V e l o c i t y m S 1图3 8 极化阻力J 以及传递电阻剥随流速的变化F i g3 - 8C u r v e so f 印e d u c e db yl i n e a rp o t e n t i a ls w e e pa n dR re d u c e db yE I S3 4 不同流速下试样表面的腐蚀形貌将试样放在0 m s ，2 m s 和5 m s 海水中连续运转3 h 后取出，采用H i r o x 公司的K H 3 0 0 0 数字视频显微镜拍摄分别对表面腐蚀形貌进行拍摄，放大倍数为2 0 0 倍。由腐蚀形貌照片( 图3 9 ) 可以看出，静止海水中试
12、样的表面腐蚀形貌比较完好；流速为2 m s 海水中的试样表面有轻微的水流冲刷腐蚀痕迹；而在流速为5 m s 的海水中，试样表面不仅有水流冲刷腐蚀的痕迹，还可以明显地观察到少量小的蚀坑。这和E I S 测试在5 m s 的海水中发生了点蚀的结果相一致。天律大学硕士学位论文H A l 7 7 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为( c )圈3 1 l 不同流速下试样的表面腐蚀形貌旋转方向：由右至左( a ) 0 m l s ，m ) 2 m s ，( c 1 5 m F i g3 - 1 1C o r r o s l o n m o r o h o i o g i o f H A l 7 7 2s
13、 a m p l e s i n t e r m d i f f e r e n t f l o w i n gv eL o c i t yr o t a t i n gd i r e c t ：f r o mr i g h l t o l e f t( a ) 2 r “s ；( b ) 2 m s ；( c ) 5 m s第三章H A l 7 7 - 2 黄铜在流动海水中的腐蚀行为3 5 小结团H A l 7 7 - 2 黄铜腐蚀速率受海水流速影响：在流速2m s 的海水中，腐蚀速率随着流速的增加基本呈线性增加；流速在2m s , - 4m s 的之间时，腐蚀速率的变化较小；当流速4 5m
14、 s 时，试样出现点蚀，随着流速的增加，腐蚀速率又迅速增大。团H A l 7 7 2 黄铜在不同流速海水中的E I S 呈现不同特征：静止海水中E I S 呈现扩散影响的特征；在流速E 、山T i m e lS图4 一I 恒电流阶跃响应曲线F i g4 - 1c o n s t a n tc u r r e n ts t e pr e s p o n s ec u r v e表4 - 1 极化阻力哗拟合结果 惑Ol2345弋弋 、4 3 23 0 92 2 11 6 91 3 5l l 。41 3 81 6 51 8 63 3 12 3 7】6 91 2 91 0 38 71 0 61 2 6
15、1 4 22 6 81 9 2】3 71 0 58 68 47 11 0 211 52 3 51 6 81 2 D9 27 57 36 28 91 0 12 2 61 6 2】1 58 87 37 16 05 99 71 8 51 3 29 47 26 76 55 34 97 9巧如弱的笛粥”：合天津大学硕士学位论文H A l 7 7 2 黄铜管在模拟流动海水中的腐蚀行为w 困4 - 2 在不同速度流动海水中极化阻力R p 随温度的变化曲线F i g4 - 3 I b v e l o c i t y t e m p e r a t u e 图4 2 是极化阻力R 。在不同速度流动海水中随温度的变化曲线，从图中可以看出，在流动海水中，低温时随着温度上升极化阻力月，急速减小，温度再升高减小速度渐缓，随着温度进一步增高又有所提高。造成这一结果可以从两方面来解释。一方面腐蚀是电化学反应，温度升高使扩散速度增大，同时电解液电阻下降，所以腐蚀反应加快；另一方面升温会降低海水中的含氧度，腐蚀也可能随之降低。氧在海水中是阴极去极剂，是促进腐蚀反应的主要因素，温度升高后，氧在水中的溶解度减小，从而导致腐蚀显著下降。温度能显著影响化学反应速度这一事实已早为人们熟知。V a n tH o f l ( 5 8 1 从一些实验中归纳出一个近似的规则，即温度每升高1 0 C 反应速度大
