铝酸钠溶液中浓度对12Cr1MoV 钢腐蚀行为的影响

2021-04-07苑京久陈朝轶李军旗权变利付慧盖家萱

表面技术 2021年3期

苑京久，陈朝轶，李军旗，权变利，付慧，盖家萱

（1.贵州大学材料与冶金学院，贵阳 550025；2.贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵阳 550025）

1 实验

1.1 材料与腐蚀介质

12Cr1MoV 钢为实验用钢，其化学成分（以质量分数计）为：C 0.145%，Cr 0.984%，Mo 0.218%，V 0.180%，Si 0.234%，Mn 0.610%，Fe 余量。将12Cr1MoV 钢切割成尺寸为15 mm×10 mm×2 mm 的试样，经120#—1500#的SiC 砂纸逐级打磨，使用金刚石抛光膏（2.5 μm）抛光，用丙醇、酒精和蒸馏水清洗干净，冷风吹干，称量，测尺寸。

1.2 实验方法

采用高压反应釜将12Cr1MoV 钢试样在110 ℃浸泡腐蚀1～5 d，高压反应釜中钢弹内溶液体积为120 mL。采用SEM（SUPRA 40，Zeiss）对浸泡腐蚀后的试样进行表面形貌表征。采用 EDS（Aztec，Oxford Instruments）进行化学元素分析。采用XRD（X′pert Pro MPD，PANalytical）进行物相分析。采用XPS（K-Alpha+，Thermo Fisher Scientific）对腐蚀产物元素价态做进一步分析。根据文献[16]中的方法获取腐蚀失重数据，经计算得到腐蚀速率。

2 结果与讨论

2.1 腐蚀产物物相分析

图1 不同浓度下腐蚀产物的XRD 图Fig.1 XRD patterns of corrosion products at different concentrations of

图2 不同浓度下腐蚀产物中Fe2p、O1s、Al2p 的XPS 谱图Fig.2 XPS spectra of Fe2p (a), O1s (b), and Al2p (c) in corrosion products at different concentrations of S2O32-

2.2 腐蚀速率分析

图3 不同S2O32-浓度下12Cr1MoV 钢的腐蚀速率变化Fig.3 Change of corrosion rate of 12Cr1MoV steel at different concentrations of S2O32-

2.3 SEM-EDS 分析

图4 12Cr1MoV 在不同浓度的铝酸钠溶液中腐蚀5 d 后的表面形貌Fig.4 Surface morphology of 12Cr1MoV steel corroded in sodium aluminate solution with different concentrations of for 5 d

图5 图4 中各点的EDS 分析Fig.5 EDS analysis of Fig.4: a) point 1, b) point 2, c) point 3

表1 不同浓度下12Cr1MoV 钢腐蚀5 d 后的表面EDS 分析（面扫描）Tab.1 Surface EDS analysis (mapping) of 12Cr1MoV steel corroded in different concentrations of solution for 5 d wt.%

Concentration of S2O32-/(g·L-1)O Na Al S Cr MnFe 1 12.52 0.38 5.83 0.17 1.59 0.17 79.34 2 14.28 0.55 1.69 0.16 2.52 0.48 80.32 3 16.09 0.15 1.10 0 0.69 0.33 81.64 4 20.43 0.27 1.60 0.18 2.09 0.58 74.85 5 26.80 0.25 1.57 0.72 0.83 0.62 69.21

2.4 交流阻抗分析

图6 为不同浓度S2O32-下12Cr1MoV 钢测得的交流阻抗图谱。从图6 中的Nyquist 图可知，随着S2O32-浓度的增加，容抗弧半径逐渐增大，4 g/L 时容抗弧半径最大，此时钢最耐蚀，这可能与Fe3O4层的生成有关。根据图6，需要考虑2 个时间常数（状态变量），分别反映电极表面的性质和电极表面电荷的转移。

图6 12Cr1MoV 钢在含不同浓度的铝酸钠溶液中腐蚀5 d 后测得的交流阻抗图谱Fig.6 Measured EIS spectrum of 12Cr1MoV steel after being corroded in sodium aluminate solution containing with different concentrations of for 5 d

拟合分析使用的等效电路图如图7 所示，得到的结果如表2 所示。等效电路图中，Rs是含硫铝酸钠溶液的电阻，Rf是12Cr1MoV 钢表面腐蚀产物层的电阻，Qf表示12Cr1MoV 钢表面腐蚀产物层电容，Rct表示电荷转移电阻，Qct表示双电容层电容。随着S2O32-浓度逐渐提高，Rf和Rct数值逐渐增大，钢的耐蚀性逐渐增强。当质量浓度为4 g/L 时，钢表面的产物层电阻和电荷转移电阻达到最大值，此时钢的耐腐蚀性较好；当质量浓度为5 g/L 时，由于腐蚀产物层脱落，Rf和Rct的数值减小。

图7 Nyquist 等效电路图Fig.7 Nyquist equivalent circuit diagram

表2 12Cr1MoV 钢在含不同浓度的酸钠溶液中腐蚀5 d 后测得的阻抗参数Tab.2 Measured impedance parameters of 12Cr1MoV steel after being corroded in sodium aluminate solution with different concentrations of for 5 d