铝青铜在不同流速海水泥浆下的冲刷腐蚀行为_彭昊.pdf

D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 0 3铝青铜在不同流速海水泥浆下的冲刷腐蚀行为彭 昊1,张 昭2,陈思安1,陈 纳1,赵飞燕1,朱本峰1,2,卫国英1(1.中国计量大学,杭州 3 1 0 0 1 8;2.浙江大学,杭州 3 1 0 0 1 8)摘 要:通过扫描电镜、电化学阻抗谱和电化学噪声和腐蚀测试,研究了铝青铜在静态海水、2 m/s和4 m/s海水泥浆下的冲刷腐蚀行为。结果表明:在静态海水中,腐蚀前期铝青铜表面以点蚀为主,腐蚀后期铝青铜表面腐蚀产物的积累使腐蚀性粒子传输困难,电化学腐蚀速率逐渐降低;在2 m/s海水冲刷下,铝青铜表面点蚀较严重,腐蚀主要受扩散控制,腐蚀产物的脱落使其腐蚀速率增大;在4 m/s海水冲刷下,腐蚀初期铝青铜表面以点蚀为主,受扩散影响,腐蚀后期,成核生长能量上升,铝青铜的腐蚀速率先降低后保持稳定。关键词:铝青铜;冲刷腐蚀;电化学噪声;点蚀中图分类号:T G 1 7 4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 2)1 2-0 0 1 1-1 0E r o s i o n-C o r r o s i o n B e h a v i o r o f A l u m i n u m B r o n z e u n d e r D i f f e r e n t F l o w V e l o c i t i e s o f S e a w a t e r S l u r r yP E NG H a o1,Z HANG Z h a o2,CHE N S i a n1,CHE N N a1,Z HAO F e i y a n1,Z HU B e n f e n g1,2,WE I G u o y i n g1(1.C h i n a J i l i a n g U n i v e r s i t y,H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8,C h i n a;2.Z h e j i n g U n i v e r s i t y,H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e r o s i o n c o r r o s i o n b e h a v i o r s o f a n a l u m i n u m b r o n z e i n s t a t i c s e a w a t e r,2 m/s a n d 4 m/s s e a w a t e r s l u r r y w e r e s t u d i e d t h r o u g h s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y,e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y a n d e l e c t r o c h e m i c a l n o i s e a n d c o r r o s i o n t e s t s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t i n s t a t i c s e a w a t e r,t h e s u r f a c e o f a l u m i n u m b r o n z e w a s m a i n l y p i t t i n g i n t h e e a r l y s t a g e o f c o r r o s i o n,a n d t h e a c c u m u l a t i o n o f c o r r o s i o n p r o d u c t s o n t h e s u r f a c e o f a l u m i n u m b r o n z e i n t h e l a t e r s t a g e m a d e i t d i f f i c u l t f o r c o r r o s i v e p a r t i c l e s t o t r a n s p o r t,a n d t h e e l e c t r o c h e m i c a l c o r r o s i o n r a t e g r a d u a l l y d e c r e a s e d.U n d e r 2 m/s s e a w a t e r e r o s i o n,t h e s u r f a c e p i t t i n g o f a l u m i n u m b r o n z e w a s s e r i o u s,c o r r o s i o n w a s m a i n l y c o n t r o l l e d b y d i f f u s i o n,a n d t h e c o r r o s i o n r a t e i n c r e a s e d d u e t o t h e s h e d d i n g o f c o r r o s i o n p r o d u c t s.U n d e r 4 m/s s e a w a t e r e r o s i o n,t h e s u r f a c e o f a l u m i n u m b r o n z e w a s m a i n l y p i t t i n g i n t h e i n i t i a l s t a g e o f c o r r o s i o n,a n d t h e e n e r g y o f n u c l e a t i o n z o n e i n c r e a s e d a t t h e l a t e r s t a g e o f c o r r o s i o n d u e t o d i f f u s i o n,a n d t h e c o r r o s i o n r a t e o f a l u m i n u m b r o n z e f i r s t l y d e c r e a s e d a n d t h e n r e m a i n e d s t a b l e.K e y w o r d s:a l u m i n i u m b r o n z e;e r o s i o n c o r r o s i o n;e l e c t r o c h e m i c a l n o i s e;p i t t i n g 冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀性流体之间高速相对运动而产生的金属损坏现象,是冲刷磨损和电化学腐蚀交互作用的结果1。这种协同作用造成的金属材料质量损失远大于冲刷磨损和电化学腐蚀单独作用之和2-7。冲刷腐蚀在海洋环境中十分常见,且腐蚀过程十分复杂。常见的影响冲刷腐蚀速率的因素 包 括 流 体 温 度8-1 0、冲 刷 角5,1 1-1 3、液 体 流速4,8-9,1 4、流体p H1 3、流体含沙量2,4,8,1 4、沙粒大收稿日期:2 0 2 2-0 3-1 7基金项目:国家自然科学基金(5 1 7 7 1 1 7 3,5 2 1 7 1 0 8 3)通信作者:朱本峰(1 9 9 0-),讲师,博士,主要从事防腐防污材料研究工作,1 5 9 8 8 1 4 3 9 1 4,z h u b e n f e n g 8 8c j l u.e d u.c n小8,1 4、材料的组成2,1 2、材料的微观结构3,1 5-1 6和热处理制度1 7等。目前,国内外学者对冲刷腐蚀的研究方法主要有电化学试验和计算机建模模拟1 8-1 9。电化学试验可以研究不同流体力学条件、环境因素、材料性质对金属冲刷腐蚀的影响,D I NG等2 0综述了国内外有关固液两相的冲刷腐蚀试验,论述了冲刷腐蚀规律及危害性。计算机建模模拟便于总结特定条件下的冲刷腐蚀规律,但现实条件下影响因素往往都是复杂多样的。近年来,铝青铜由于其极高的强度和硬度、良好的耐磨性、较低的价格,被广泛应用于海洋领域,而冲刷腐蚀是其应用中不可忽视的问题。目前,对于铝青铜的冲刷腐蚀行为尚未有系统研究。11第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2本工作采用电化学测试方法,研究了铝青铜在不同海水流速中的冲刷腐蚀行为,通过电化学阻抗谱(E I S)、电化学噪声的最大熵(MEM)法和小波分析法,结合扫描电镜(S EM),研究了铝青铜电极在不同腐蚀时间和不同流速下的表面形貌、冲刷腐蚀能量的变化情况以及含沙海水冲刷下的腐蚀规律。1 试验试 验 海 水 取 自 舟 山 海 域,泥 沙 含 量 约 为8 4 5 m g/L,平均直径为6.6 m,泥沙颗粒尺寸分布如表1所示。表1 舟山海水中泥沙颗粒尺寸分布T a b.1 T h e p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n i n s e a w a t e r o f Z h o u s h a n a r e a泥沙直径/m质量分数/%2 05.4采用自行设计的旋转式冲刷腐蚀仪(见图1)进行冲刷腐蚀试验,电极装在旋转圆盘的侧面,由电机带动圆盘逆时针旋转,模拟材料在海水中的冲刷情况,通过调节控速装置将冲刷速率分别调节为0,2,4 m/s。旋转圆盘可装四个电极,其中一个电极通过旋转圆盘、旋转轴与碳刷相连,用于原位进行电化学噪声及电化学阻抗谱等测试,其他三个电极不导通,用于不同腐蚀时间后电极表面形貌的观测及腐蚀产物成分分析。图1 旋转式冲刷腐蚀仪示意F i g.1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f r o t a r y s c o u r i n g a n d c o r r o d i n g i n s t r u m e n t 采用P A R S T AT 2 2 7 3型电化学工作站进行电化学阻抗谱测试,采用三电极体系,辅助电极为铂片,参比电极为饱和甘汞电极(S C E),工作电极为柱状电极,截面直径为2 c m,中间是直径为1 c m的铝青铜,外部用尼龙包覆。试验中所有测试电极面积均为3.1 4 c m2,测试温度为3 0,电化学阻抗谱测试在开路电位下进行,施加5 mV的电位偏振,测试频率为1 0 mH z 1 0 0 k H z,测试时间为3 0 d。采用ML-1 4 2型电化学噪声仪进行噪声测试。采用三电极体系,辅助电极和工作电极均为如上所述的 柱 状 电 极,参 比 电 极 为S C E,测 试 温 度 为3 0。测试采用恒电流模式,采取频率低于1 0 H z的点,每秒采取四个点,测试周期为3 0 d。采用日本日立公司TM 3 0 0 0型扫描电镜观察腐蚀不 同 时 间 后 电 极 的 表 面 形 貌,工 作 电 压 为1 5 k V。2 结果与讨论2.1 表面形貌由图2(a)(c)可见:在静态海水中腐蚀0.5 h后,电极表面出现点蚀;腐蚀2 4 0 h后,铝青铜表面呈不规则长条状,且较为平整,无明显小孔;腐蚀7 2 0 h后,铝青铜表面布满腐蚀产物,且存在一定程度的剥落。由图2(d)(f)可见,经2 m/s海水冲刷腐蚀0.5 h后,铝 青 铜 表 面 呈 现 流 纹 状;腐 蚀2 4 0 h后,铝青铜表面长条状形貌被破坏,表面出现许较多的腐蚀小孔,说明在冲刷作用下铝青铜的腐蚀程度更加严重。由图2(g)(i)可见,经4 m/s海水冲刷腐蚀0.5 h后,