1、第 9 卷第 1 期 2003 年 2 月電化學(xué)EL ECTROCH E M ISTR YV o I . 9 N o. 1 Feb . 2003文章編號(hào)：100623471(2003 01200602065083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學(xué)行為 及活性氯影響研究王洪仁 13,吳建華 1,王均濤 1,2, 2(1.七二五研究所青島分部,山東 青島 266071; 2.摘要：，研究了 5083 鋁合金在靜止海水中的腐，在本文設(shè)置的防污活性氯濃 度范圍(0. 20. 5m g L 內(nèi),并可提高鋁合金的耐 點(diǎn)蝕能力,海水的 pH 值對(duì)鋁合金 的腐蝕具有顯著的影響該研究為海水中 5083 鋁合金的防腐防

2、 污提供了依據(jù)關(guān)鍵詞：5083 鋁合金；海水；腐蝕電化學(xué)；活性氯中圖分類號(hào)：O 646文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A接觸海水的結(jié)構(gòu)鋁合金，面臨腐蝕性很強(qiáng)的海水介質(zhì)直接腐蝕，主要的腐蝕形 式為局部腐蝕，其耐蝕性完全取決于鈍化膜的完好程度與破裂后的自修復(fù)能力海水中的 C l -對(duì)鈍化膜的破壞作用尤其強(qiáng)烈，造成了鋁合金在海水中的鈍態(tài)不穩(wěn)定 此外，海水中鋁合金還會(huì)由于海生 物的污損，從而加速了鋁合金局部腐蝕，影響其 正常使用陰極保護(hù)是首選的、行之有效的金屬防蝕手段電解海水制氯可以通 過電解海水產(chǎn)生氯氣，次氯酸等有毒物質(zhì)抑制海生物的污 損1.電解海水產(chǎn)生的用于防止海生物污損的活性氯，通常是指具有氧化能力的各種 氯的總和

3、,主要包括 C l 2, HC l O , C l O -等形式,它們和海水中的溶解氧一樣,都 具有一定的氧化性活性氯對(duì)鋁合金的影響一方面是有利于維持合金的鈍態(tài)，增加活性氯的供給，促進(jìn)鈍化膜的穩(wěn)定性；但另一方面又可能起著電化學(xué)腐蝕去極化劑 的作用，從而破壞金屬表面的鈍化膜并誘發(fā)孔蝕2, 3,產(chǎn)生嚴(yán)重的局部腐蝕，這對(duì)于鋁合金在海水中的腐蝕和電化學(xué)性能將產(chǎn)生不利的影響.本文針對(duì)在海洋腐蝕和污損環(huán)境中普遍應(yīng)用的 5083 鋁合金，研究其在靜止海水中的腐蝕 與電化學(xué)性能，同時(shí)通過研究活性氯對(duì)鋁合金腐蝕電化學(xué)性能影響，明確了由電解海水產(chǎn)生的防污活性氯濃度(0. 20. 5m g L 范圍,為W Mv w

4、V5083 鋁合金在海水中的防腐防污提供依據(jù).收稿日期：2002208212,修訂日期：2002209223通訊聯(lián)系人 T el :(862532 5843204; E 2m ail :hongrenw 163. comBI 防型號(hào)科 研課題(XK 020401 資助1 試驗(yàn)材料及方法1. 1 試驗(yàn)材料及設(shè)備試驗(yàn)用 5083 鋁合金為軋制狀態(tài)，其化學(xué)成分如表 1 所列.電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)使用的鋁合金為面積 1c m 2(10mm 沐 0mm 的片狀試樣，引出 導(dǎo)線后鑲嵌固化在環(huán)氧樹脂中，表面用砂紙逐級(jí)研磨至 2000#.全浸腐蝕試驗(yàn)試樣 尺寸為70mmX25mm x5mm ,表面拋光除油，試驗(yàn)前后

5、用電光天平稱重，試樣用 A STM G 1281標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行處 理.表 15083T ab . 1 E lem en tsg i Cu C r Zn A l Con . 9. 41.00. 40. 40. 20. 10. 10. 30. 3R em 試驗(yàn)介質(zhì)采用常 溫青島天然海水.電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)采用 SOLA TRON 1287 電化學(xué)測(cè)試 系統(tǒng),P t 片 作為輔助電極，飽和 KC l 甘汞電極作為參比電極.1.2China Academichttp/ki.Journal Electronic Publishing HonAll rights reserved*1994-2008活性氯的制備

6、由于靜止海水試驗(yàn)在較小的密閉體系中完成，本文不采取電解法制備活性氯，而是利用化學(xué)純次氯酸鈉配制含活性氯海水溶液，即按預(yù)定的活性氯濃度稱取對(duì)應(yīng) 量的次氯酸鈉溶解于 海水中配制成，并采用 N , N 二乙基對(duì)苯二胺一硫酸亞鐵銨 滴定法測(cè)定濃度.活性氯在海水中會(huì)逐漸分解失效，實(shí)驗(yàn)過程中，需要定期調(diào)整由 此而產(chǎn)生的濃度變化.1.3 試驗(yàn)方法分別測(cè)定 5083 鋁合金在含不同濃度活性氯的靜止海水中的自然腐蝕電位，陰 極極化和陽 極極化曲線，掃速 0. 5mV s .其相應(yīng)的陽極極化曲線采用循環(huán)極化 (cyclic polarizati on 法,并于陽極電流密度達(dá)到 1mA cm2 時(shí)進(jìn)行反掃，以此研究

7、鋁合金的點(diǎn)蝕電位和點(diǎn) 蝕保護(hù)電位4.鋁是兩性金屬，在酸性和堿性環(huán)境中均會(huì)遭受加速腐蝕.要解決鋁合金的防腐 防污問題，需同時(shí)考慮陰極過保護(hù)可能導(dǎo)致合金表面的堿性化，以及電解海水制氯時(shí)由于局部活性氯聚 集而造成酸性環(huán)境.為此用 HC l 和 N aO H 調(diào)整海水的 pH 值 分別為 2. 0, 5. 0, 7. 5 天然海水，10, 12,通過對(duì) 5083 鋁合金進(jìn)行全浸腐蝕試驗(yàn),以 期進(jìn)一步探明不同 pH 條件下鋁合金的腐蝕 情況.依次對(duì)含有 10, 5, 1,0. 5 和 0m g L 活性氯的海水進(jìn)行 5083 鋁合金的腐蝕失重 試驗(yàn)，試驗(yàn)中根據(jù)活性氯在海水因分解而發(fā)生的濃度變化，定期更換

8、海水.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論2. 15083 鋁合金自然腐蝕電位及活性氯的影響5083 鋁合金在海水中自然腐蝕電位及活性氯對(duì)其影響測(cè)定，每種濃度均由 3 個(gè)平行試樣？16?第 1 期王洪仁等:5083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學(xué)行為及活性氯影響研究進(jìn)行測(cè)試，連續(xù)監(jiān)測(cè)自然腐蝕電位 1h .圖 1 示出 5083 鋁合金自然腐蝕電位隨 海水中活性氯 濃度的變化.圖中所示的穩(wěn)定自然腐蝕電位均取3 個(gè)平行試樣的測(cè)量平均值.由圖 1 可以看出，活性氯濃度對(duì) 5083 鋁合金的自然腐蝕電位有明顯的影響規(guī) 律.除在 0. 5m g L 的較低濃度下其自然腐蝕電位比天然海水中正移了30mV 外，其余濃度下均使 5

9、083 鋁合金的腐蝕電位負(fù)移，其中在 10m g L 以內(nèi)的負(fù)移趨勢(shì)比較 明顯.據(jù)圖 1,在本文設(shè)置 的防污活性氯濃度范圍（0. 5m g-0 6a adHII Bll T FHBc l皿L 內(nèi)，活性氯對(duì) 5083 鋁合金所產(chǎn)生的影響主要是氧化性的活性氯有利于鋁合金的鈍化,致使相關(guān)腐蝕電位正移，但這對(duì)鋁合金的腐蝕和陰極保護(hù)電位 的影響不 大.在海水中活性氯濃度較大時(shí)，,使其腐蝕電位負(fù)移圖 1 活性氯濃度對(duì) 5083 鋁合金在海水中的自然腐蝕電位影響F ig . 1 T he effect of active ch Io rine concen trati onon the E cofrr of

10、 alloy AA 5083in seaw ater 圖 25083 鋁合金在含不同活性氯濃度海水中的陰 極極化曲線 F ig . 2 Cathodic po larizati on cu rves of alloy AA 5083in seaw ater w ithdiffere n t activech lo rine concen trati on2. 25083 鋁合金陰極極化行為及活性氯影響圖 2 是 5083 鋁合金在海水中于不同活性氯濃度下的陰極極化曲線，可以看出，各極化曲線的 T afel 斜率絕對(duì)值（即極化率 隨著活性氯濃度的增大而呈減小的趨 勢(shì)，但如濃度增至 10m g L

11、 以上時(shí)則變化趨緩.圖 3 示出由圖 2 陰極極化曲線經(jīng)分析處理得到的 T afel 斜率（B c 及其腐蝕電 流（icorr 隨活性氯濃度的變化.如圖所見，低濃度下活性氯對(duì) 5083 鋁合金自然腐蝕 電流的影響f不大，濃度達(dá) 10m g L 以上時(shí)，自然腐蝕電流則迅速增加.以上表明，活性氯的存在對(duì)體系中電極表面的陰極反應(yīng)有明顯影響，隨著活性氯濃度的增加，鋁合金的陰極極化變得困難；其自然腐蝕電流明顯增大，但在所設(shè) 計(jì)的防污活性氯濃度范 圍（0. 20. 5m g0L 內(nèi),這種影響相對(duì)較小.低濃度下（5m g L ,由于活性氯的氧化作用促 進(jìn)了 鋁合金鈍化,致使腐蝕電流呈現(xiàn)減小的趨勢(shì).? 26?

12、電化學(xué) 2003 年,自腐蝕 F ig . 3 V aria nee of the B c and i co rr w ith active ch Io 2rine concen trati onin seaw ater 2. 3 5083 鋁合金的陽極極化行為及活性氯影響圖 4 示出按循環(huán)極化技術(shù)測(cè)出的 5083 鋁合金點(diǎn)蝕電位和點(diǎn)蝕保護(hù)電位在海水中隨活性氯濃度的變化曲線.可以看出，靜止海水中活性氯的濃度對(duì) 5083 鋁合金的點(diǎn)蝕電位和點(diǎn)蝕保護(hù)電位的影響并不明顯，當(dāng)活性氯濃度為 1m g L 以下時(shí),其 E p it 與 E p ro t 的差值 E p it 2E p ro t 呈增大趨勢(shì)

13、，表明該合金的耐點(diǎn)蝕能力增強(qiáng)；濃度超過 1m g L , E p it 2E p ro t 值逐漸減小，.即：,高濃度時(shí) 圖 4活性氯濃度對(duì) 5083 鋁合金在海水中的點(diǎn)蝕電位和點(diǎn)蝕保護(hù)電位的影響F ig . 4 T he effect of active ch lo rine concen trati onon p itting co rro si on p roperty of alloy AA 5083in seaw ater 氧化性的活性氯則 成為鋁合金電化學(xué)腐蝕的去極化劑，破壞其鈍化膜并誘發(fā)點(diǎn)蝕.2. 4 活性氯濃度對(duì) 5083 鋁合金腐蝕率的影響分別測(cè)定常溫海水中不同活性氯濃度下

14、5083 鋁合金的腐蝕速度,周期 10d .相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表 2.可以看出,同為 10d 的試驗(yàn)期間內(nèi),活性氯濃度從 10m g L 變到 0m g L ,其腐蝕率都很接近，表明在這一濃度范圍內(nèi)活性氯對(duì)腐蝕速度沒有明顯的影響.試驗(yàn)后觀察鋁合金表面的腐蝕形貌各濃度下的試樣表面均呈均勻致密的褐色膜層，有金屬光澤，光照下可見彩色，且隨活性 氯濃度的減小，膜的顏色由深變淺.此外，試樣表面未發(fā)現(xiàn)局部腐蝕痕跡.表 25083 鋁合金在不同活性氯濃度海水中的腐蝕率T ab . 2 V ariance ofthe co rro si on rate of alloy AA 5083w ith active

15、ch lo rine concen trati on in seaw ater4).20Concen trati on,m g L00. 51510Co rro si on rate , mm a 0. 01010. 00950. 01080. 00960. 01042. 5 pH 值對(duì) 5083 鋁合金腐蝕的影響按上述全浸腐蝕試驗(yàn)方法測(cè)定海水的pH 值對(duì) 5083 鋁合金腐蝕的影響，周期10d ,實(shí)驗(yàn)？36?第 1 期王洪仁等:5083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學(xué)行為及活性氯影響研究數(shù)據(jù)包括腐蝕失重（腐蝕率以及穩(wěn)定的自然腐蝕電位.結(jié)果如表 3 所列.從表 3 數(shù)據(jù)可以看出，在酸性和堿性海水中

16、合金的腐蝕速率均較天然海水中的 增加了近 2 個(gè)數(shù)量級(jí),自然腐蝕電位同時(shí)移正,說明海水的酸堿性（pH 對(duì) 5083 鋁合 金的腐蝕行為影響 很大.原因是海水不論其酸性、堿性均能使鋁合金表面氧化膜 加速破壞.另據(jù) A l2H 2O 系 E 2pH 圖也可知，A1 在酸性或堿性水溶液中均能遭受腐蝕.酸性海水中鋁合金溶解生成 A l 3+,堿性環(huán)境下生成 A l O 2-5.研究表明，5083 鋁合金在 3. 5%N aC I 溶液中堿性引起的腐蝕是由于 表面氧化膜被破壞,活性 的陰極沉淀物 A l （M n,Fe , Cu 使其周圍發(fā)生了半球狀點(diǎn)蝕（局部腐蝕所致6.表 35083 鋁合金在不同 p

17、H F ig . 3 V ariance of the rro E rr t pH in seaw ater2. . 007. 4510. 0012. 00Co rro , a0. 47480. 00460. 01010. 00390. 8152E co rr , mV (vs . SCE -611-744-790-772-5805083 鋁合金在不同 pH 值海水中腐蝕的表面形貌如下：pH =2. 0 亮白色，但因酸性溶解表面有較多麻點(diǎn)，無金屬光澤；pH =5. 0 較試驗(yàn)前變深,略有金屬光澤；pH =7. 5 表面大部分為均勻致密的褐色膜，局部露出銀白色基體，無光澤; pH =10.0 銀

18、白色，失去試驗(yàn)前金屬光澤；pH =12. 0 灰白色銹蝕，粗糙疏松，有絮狀腐蝕產(chǎn)物脫落.3 結(jié)論1 對(duì) 5083 鋁合金在靜止海水中腐蝕的電化學(xué)研究，結(jié)合文獻(xiàn)7,其適宜的陰極保護(hù)電位 范圍為-0. 95-1.20V (vs . CucAll rights reserved*Chin Academichttp:/kLJournal Electronic Publishing Hoi1994-2008CuSO 4 .2 于海水中添加活性氯，總的影響規(guī)律是：鋁合金的自然腐蝕電位變負(fù)，陰極極 化更難,腐蝕電流增加.在所設(shè)計(jì)的防污活性氯濃度范圍(0. 20. 5m g L 內(nèi)，由于 活性氯的氧化促進(jìn) 了

19、表面鈍化使腐蝕減輕，影響并不顯著.3 靜止海水中當(dāng)活性氯的濃度低于 1m g L 時(shí),其氧化作用有利于 5083 鋁合金 的鈍化和 耐點(diǎn)蝕能力提高，濃度高于 1m g L ,則其氧化性反起合金腐蝕的去極化劑 作用，從而破壞了合 金的鈍化膜并誘發(fā)點(diǎn)蝕.4 海水 pH 值對(duì) 5083 鋁合金的腐蝕影響較大,在強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性海水中,5083鋁合金的腐蝕急劇增大，腐蝕率比天然海水中的高達(dá) 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，電位正移近 200mV . ? 46?電 化 學(xué) 2003 年第 1 期王洪仁等：5083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學(xué)行為及活性氯影響研究? 6 5 ? S tudy on the Co rro sio

20、n & E lect rochem ica l P rop e rt ie s of A lloy AA5083 and the Effect of A ct ive Ch lo rine in Seaw a ter 1 1 1 2 2 W AN G Hon g2ren ,W U Jian 2hua ,W AN G J un 2tao ,W AN G Ho ng2b in , FAN G Zh i2ga ng (1. Q ing d ao B ranchof L uoy ang S h ip M a teria l R esea rch In stitu te , Q ing d ao

21、 266071, C h ina , 2. O ceanD ev elopm en t R esea rch C en ter , B eij ing 100073, C h ina A b s tra c t: m ersi on co rrosio n m ethod w ere u sed to study the co rro sio n and elect rochem ica l p rop ert ies of AA5083 a lloy in qu iescen t seaw a ter, the effect of act ive ch lo rine on it s p r

22、op ert ies w a sa lso stud ied. T he resu lt s ob ta ined ind ica te tha t the act ive ch lo rine ha s no rem a rkable i p act on m the co rro sion and elect rochem ica l p rop ert ies of AA 5083 a lloy in a rea ofdesig n concen t ra t ion w h ich range from 0. 2 to 0. 5 m g L , and it ha s favo rab

23、 le in fluenee on the i p rovem en t of p it2 m Ke y w o rd s : ch lo rine R e fe re nce s : t ing co rro sion resista nee. W h ile the pH va lue of seaw a ter ha s evide n t in flue nce on the co rro 2 sionresista nce of AA 5083 a lloy. A lloy AA 5083, Seaw a ter, Co rro sion and elect rochem ical

24、p rop erty, A ct ive 1 W ang Guangying, W ang H a ijia ng, L i X ing lia n, et a l Co rro sion and P ro tection in N a tu re Environ 2 . m en t: A tm o sp here, Seaw a ter and So ilM . Beijing: Chem ica l Indu stry P ress, 1997. ch lo ride su lfa te so lu tion J . Co rro sio n, 1989,45 (11 : 874. sion Science, 1997, 39 ( 10 : 1 791. 2 R u ijin i G, Sriva stava A C , Ives M B.P itti ng co rro sion behavio r of U N S N 08904 sta in less steel in a 3 L