不同浓度氯化钠环境下双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性研究

解婧陶 王钦娟

(福建船政交通职业学院 福建 福州 350007)

0.引言

近年来，我国汽车数量呈现大幅增长趋势，这也使自然环境污染形势日益严峻，为了降低汽车尾气给自然环境造成的污染，改善汽车汽油质量是非常必要的，而在通过化学方法对汽车汽油质量进行改善过程中，烷基化油这一物质在其中所发挥的作用是非常重要的，但对于烷基化油的生产来说，则需要通过氢氟酸来进行催化。氢氟酸属于一种酸性物质，其腐蚀性非常强，而如果采用氢氟酸来对烷基化油进行催化，则无疑会腐蚀设备，因此需要确保设备的材质能够具备很强的抗腐蚀性能，这也使人们经常应用双相不锈钢来当作烷基化油生产设备的材质，不过，在实际生产过程中，氢氟酸中常常含有浓度不同的氯化钠，这些氯化钠会对双相不锈钢的抗腐蚀性产生怎么样的影响，也已成为诸多科研人员非常关注的话题。因此，对不同浓度氯化钠环境下双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性进行深入的研究，是具有重要现实意义的。

1.不同浓度氯化钠环境下双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性实验环境

1.1 双相不锈钢试件的制作

为了更好的对不同浓度氯化钠环境下双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性进行深入的研究，首先需要建立一个具备不同浓度的氯化钠环境，这也是对双相不锈钢抗腐蚀性进行研究的首要步骤。在本次实验中，将2205 双相不锈钢当作实验材料，为了使实验效果变得更加直观，需要将2205 双相不锈钢材料加工成一个长度为10mm，宽度为10mm，高度为2mm 的试件。在试件加工完毕后，需要对电化学测试试样进行制备，工作面的预留尺寸应为边长为10mm 的正方形。为了能够更加容易的观察该试件在受到腐蚀后的表面效果，需要将该试件进行抛光，抛光之前应先用240# 至1500# 的耐水砂纸进行打磨，打磨完毕后进行抛光，然后采用无水乙醇以及离子水对该试件表面进行清洗，最后将其置于干燥容器中进行干燥，以便于后续对该试件进行测试。

1.2 不同浓度氯化钠的5%氢氟酸溶液配制

在对不同浓度氯化钠环境下的双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性进行实验时，需要借助于实验介质，由于本实验是测试双相不锈钢在不同浓度氯化钠环境下所具备的抗腐蚀特性，因此需要配制含有不同浓度氯化钠的5%氢氟酸溶液，可将氯化钠溶液中的浓度划分为四个等级，即0.03mol/L、0.02mol/L、0.015mol/L 以及0mol/L。在对这些氢氟酸溶液进行配制时，主要是通过去离子水与纯试剂方法进行配制的。

2.双相不锈钢氢氟酸在不同浓度氯化钠环境中的抗氢氟酸腐蚀性实验操作

在进行实验时，由于原来的2205 双相不锈钢试件尺寸长为35mm，宽为25mm，高度为3mm，因此需要先利用耐水砂纸打磨2205 双相不锈钢试件，使双相不锈钢试件的表面打磨精度为1000#，然后利用酒精对双相不锈钢试件表面进行擦试，待双相不锈钢试件表面中的打磨颗粒吹干后将其置于干燥容器中放置一天，并通过BS224S 天平对该试件的质量进行称重，同时对试件的表面积进行记录。记录完毕后将该试件放到含有不同浓度氯化钠的5%氢氟酸溶液中进行浸泡，待72小时过后，将其取出并吹干，然后利用除锈液对试件进行清洗去锈，并采用去离子水将试件进行清洗干净，利用酒精擦试浸泡后的试件并放到干燥容器中进行干燥，经过24 个小时后将其取出，然后利用BS224S 天平对该试件质量进行二次称重，并进行记录，然后将这根据两次记录的质量对受到不同浓度氯化钠的氢氟酸溶液腐蚀后的试样平均腐蚀速率进行计算。

在对2205 双相不锈钢试件进行电化学测量时，主要是通过PARSTAT2273 测试系统来实现的，在该测试系统中，主要包括三种电极，分别是工作电极、辅助电极以及参比电极，其中，由试样充当工作电极，由石墨充当辅助电极，由饱和甘汞电极充当电化学测量系统的参比电极。在对不同浓度氯化钠环境下的双相不锈钢试件抗氢氟酸腐蚀特性所表现出的极化曲线进行测试时，主要是利用动电位极化方法来实现的，在对该试件进行电位扫描时，开路电位-0.2V 为扫描初始点，电位钝化处为扫描终止点。在电化学测试中，电位扫描速度在0.5mV/s 左右，电化学阻抗的电位为Ecorr，其测量频率范围设置成100kHz~100mHz，交流电压幅值约为10mV，在电化学阻抗数据拟合方面，主要是通过ZSimpWin3.21 软件来实现的。

3.不同浓度氯化钠环境下双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性结果分析及讨论

3.1 测试结果

为了对不同浓度氯化钠环境下的双相不锈钢抗氢氟酸腐蚀性进行分析，本文分别采用了浸泡实验方法、极化行为测试以及电化学阻抗测试，在浸泡实验方法的数据记录结果中可以了解到，溶液中的氯化钠含量越少，则双相不锈钢的抗氢氟酸腐蚀性就越好。在极化行为测试中，需要先配置含有不同氯化钠浓度的5%氢氟酸溶液，然后将双相不锈钢试件分别放置到上述四个等级的氢氟酸溶液中，并对其极化曲线进行测试。测试结果可利用平面坐标系来进行表示。测试结果表明，氢氟酸溶液中的氯化钠浓度越高，则双相不锈钢试件的极化曲线便越靠右，这说明了2205 双相不锈钢试件在含有氯化钠浓度越高的环境中，其抗氢氟酸腐蚀性能力就越弱。通过对双相不锈钢试件的腐蚀速率进行极化曲线数值拟合，可以看出0.020mol/L 与0.03mol/L 浓度的氯化钠5%氢氟酸溶液中，双相不锈钢试件的腐蚀速率明显加快，特别是浓度为0.03mol/L 氯化钠的5%氢氟酸溶液中的双相不锈钢试件，其腐蚀速率要明显高于前者，而在0.015mol/L 浓度氯化钠的5%氢氟酸溶液中，双相不锈钢试件的腐蚀速率则要比0.02mol/L 和0.03mol/L的溶液要低，其中尤以不含氯化钠的氢氟酸溶液的双相不锈钢试件的腐蚀速率最低，这和浸泡实验中的结果是一致的。在电化学阻抗测试中，需要将双相不锈钢试件分别置于不同氯化钠浓度环境下的氢氟酸溶液中，并对其阻抗测试曲线进行观察，观察结果表明，双相不锈钢试件在含有不同氯化钠浓度的5%氢氟酸溶液中，试件均表现出容抗弧特征，并且氢氟酸溶液中的氯化钠浓度越高，则这种容抗弧特征的表现就越明显，其直径是呈现出线性下降趋势的，这也进一步说明了双相不锈钢试件在氯化钠浓度越低的氢氟酸溶液中，其腐蚀反应会趋于平稳，反之则越来越剧烈，试件的抗腐蚀性能直接与腐蚀反应的剧烈程度有着直接的联系。

3.2 讨论

利用PH 测定法对含有不同氯化钠浓度的5%氢氟酸溶液的PH值进行测定，测定结果表明，不含氯化钠的氢氟酸溶液相比于其他含有氯化钠的氢氟酸溶液，其PH 值的测定结果显示为弱酸，而含有氯化钠的氢氟酸溶液则随着氯化钠含量的不断增多而越来越趋近于强酸。在不含氯化钠的氢氟酸溶液中，其PH 值测定结果为2.36，含有0.015mol/L 氯化钠的5%氢氟酸溶液的PH 值则为2.23；含有0.02mol/L 氯化钠浓度的 5%氢氟酸溶液的 PH 值测定结果为 2.12；含有0.3mol/L 氯化钠浓度的5%氢氟酸溶液的PH 值测定结果为1.95，这说明氯化钠浓度越高，则氢氟酸的酸性就越强，由于2205 双相不锈钢试件在受到氢氟酸腐蚀时，反应类型为阴极反应，这在极化曲线中可以非常清晰的看出，由于氯化钠含量的增加，使氢氟酸溶液的PH 值越来越低，从而增加了氢离子的浓度，这也使氢离子都参与到阴极反应中，进而使钝化膜更快溶解，当钝化膜被局部溶解后，会使电子与离子之间对电阻的传递速度进一步降低，从而增加了试件表面中的活性溶解点，进而加快了双相不锈钢试件的腐蚀速率。

4.结语

综上所述，本文以2205 双相不锈钢试件为例，以此深入研究了不同浓度氯化钠环境下双相不锈钢材料的抗氢氟酸腐蚀性，研究结果表明，随着氢氟酸溶液中的氯化钠浓度升高，2205 双向不锈钢试件受到氢氟酸的腐蚀速率也会随之加快，之所以会出现这种现象，是因为氢氟酸溶液中的氯化钠会使其得到稀释，被稀释后的氢氟酸溶液PH值会逐渐降低，此时氢离子的数量会大大增加，这也使更多的氢离子会参与到氢氟酸溶液与双相不锈钢试件的阴极反应当中去，从而进一步加快了阴极析氢反应，随着阴极析氢反应的越来越剧烈，会使双相不锈钢试件中的钝化膜更快的被溶解掉，进而使试件表面产生更多的活性溶解点，大量活性溶解点的出现，会进一步加快氢氟酸对双向不锈钢试件的腐蚀速率，从而使双向不锈钢试件受到更严重的腐蚀。