5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究（精）

第 9卷 第 1期 2003年 2月 电化学

EL ECTROCH E M ISTR Y V o l . 9 N o. 1 Feb . 2003

文章编号 :100623471(2003 0120060206

5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为 及活性氯影响研究 王洪仁 13, 吴建华 1, 王均涛 1, 2, 2

(1. 七二五研究所青岛分部 , 山东 青岛 266071; 2.

摘要 : , 研究了 5083铝合金在静止海水中的腐 , 在本文设置的防污活性氯浓度范围 (0. 2~0. 5m g L 内 , , 并可提高铝合金的耐 点蚀能力 , 海水的 pH 值对铝合金的腐蚀具有显著的影响 . 该研究为海水中 5083铝合金的防腐防 污提供了依据 .

关键词 : 5083铝合金 ; 海水 ; 腐蚀电化学 ; 活性氯

中图分类号 : O 646 文献标识码 : A

接触海水的结构铝合金 , 面临腐蚀性很强的海水介质直接腐蚀 , 主要的腐蚀形式为局部腐 蚀 , 其耐蚀性完全取决于钝化膜的完好程度与破裂后的自修复能力 . 海水中的 C l -对钝化膜的 破坏作用尤其强烈 , 造成了铝合金在海水中的钝态不稳定 . 此外 , 海水中铝合金还会由于海生 物的污损 , 从而加速了铝合金局部腐蚀 , 影响其正常使用 . 阴极保护是首选的 、 行之有效的金属 防蚀手段 . 电解海水制氯可以通过电解海水产生氯气 , 次氯酸等有毒物质抑制海生物的污 损 [1].

电解海水产生的用于防止海生物污损的活性氯 , 通常是指具有氧化能力的各种氯的总和 , 主要包括 C l 2, HC l O , C l O -等形式 , 它们和海水中的溶解氧一样 , 都具有一定的氧化性 . 活性 氯对铝合金的影响一方面是有利于维持合金的钝态 , 增加

活性氯的供给 , 促进钝化膜的稳定 性 ; 但另一方面又可能起着电化学腐蚀去极化剂的作用 , 从而破坏金属表面的钝化膜并诱发孔 蚀 [2, 3], 产生严重的局部腐蚀 , 这对于铝合金在海水中的腐蚀和电化学性能将产生不利的影响 . 本文针对在海洋腐蚀和污损环境中普遍应用的 5083铝合金 , 研究其在静止海水中的腐蚀 与电化学性能 , 同时通过研究活性氯对铝合金腐蚀电化学性能影响 , 明确了由电解海水产生的

防污活性氯浓度 (0. 2~0. 5m g L 范围 , 为

5083铝合金在海水中的防腐防污提供依据 . 收稿日期 :2002208212, 修订日期 :2002209223

通讯联系人 T el :(862532 5843204; E 2m ail :hongrenw @163. com 国防型号科研课题 (XK 020401 资助

1 试验材料及方法 1. 1 试验材料及设备

试验用 5083铝合金为轧制状态 , 其化学成分如表 1所列 .

电化学腐蚀实验使用的铝合金为面积 1c m 2(10mm ×10mm 的片状试样 , 引出导线后镶 嵌固化在环氧树脂中 , 表面用砂纸逐级研磨至 2000#. 全浸腐蚀试验试样尺寸为 70mm ×25mm ×5mm , 表面抛光除油 , 试验前后用电光天平称重 , 试样用 A STM G 1281标准方法进行处 理 . 表 1 5083T ab . 1 E lem en ts

g i Cu C r Zn A l Con . 9. 41. 00. 40. 40. 20. 10. 1~0. 30. 3R em . 试验介质采用常温青岛天然海水 . 电化学腐蚀试验采用 SOLA TRON 1287电化学测试 系统 , P t 片作为辅助电极 , 饱和 KC l 甘汞电极作为参比电极 .

1. 2

活性氯的制备

由于静止海水试验在较小的密闭体系中完成 , 本文不采取电解法制备活性氯 , 而是利用化 学纯次氯酸钠配制含活性氯海水溶液 , 即按预定的活性氯浓度称取对应量的次氯酸钠溶解于 海水中配制成 , 并采用 N , N —二乙基对苯二胺—硫酸亚铁铵滴定法测定浓度 . 活性氯在海水 中会逐渐分解失效 , 实验过程中 , 需要定期调整由此而产生的浓度变化 .

1. 3 试验方法

分别测定 5083铝合金在含不同浓度活性氯的静止海水中的自然腐蚀电位 , 阴极极化和阳 极极化曲线 , 扫速 0. 5mV s . 其相应的阳极极化曲线采用循环极化 (cyclic po larizati on 法 , 并

于阳极电流密度达到 1mA c m 2时进行反扫 , 以此研究铝合金的点蚀电位和点蚀保护电

位 [4].

铝是两性金属 , 在酸性和碱性环境中均会遭受加速腐蚀 . 要解决铝合金的防腐防污问题 , 需同时考虑阴极过保护可能导致合金表面的碱性化 , 以及电解海水制氯时由于局部活性氯聚 集而造成酸性环境 . 为此用 HC l 和 N aO H 调整海水的 pH 值

分别为 2. 0, 5. 0, 7. 5(天然海水 , 10, 12, 通过对 5083铝合金进行全浸腐蚀试验 , 以期进一步探明不同 pH 条件下铝合金的腐蚀 情况 .

依次对含有 10, 5, 1, 0. 5和 0m g L 活性氯的海水进行 5083铝合金的腐蚀失重试验 , 试 验中根据活性氯在海水因分解而发生的浓度变化 , 定期更换海水 .

2 试验结果与讨论

2. 1 5083铝合金自然腐蚀电位及活性氯的影响

5083铝合金在海水中自然腐蚀电位及活性氯对其影响测定 , 每种浓度均由 3个平行试样 ? 16? 第 1期 王洪仁等 :5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究

进行测试 , 连续监测自然腐蚀电位 1h . 图 1示出 5083铝合金自然腐蚀电位随海水中活性氯 浓度的变化 . 图中所示的稳定自然腐蚀电位均取 3个平行试样的测量平均值 .

由图 1可以看出 , 活性氯浓度对 5083铝合金的自然腐蚀电位有明显的影响规律 . 除在 0. 5m g L 的较低浓度下其自然腐蚀电位比天然海水中正移了 30mV 外 , 其余浓度下均使 5083铝合金的腐蚀电位负移 , 其中在 10m g L 以内的负移趋势比较明显

. 据图 1, 在本文设置 的防污活性氯浓度范围 (<0. 5m g

L 内 , 活性氯对 5083铝合金所产生的影响主要是氧化性 的活性氯有利于铝合金的钝化 , 致使相关腐蚀电位正移 , 但这对铝合金的腐蚀和阴极保护电位 的影响不大 . 在海水中活性氯浓度较大时 ,

, 使其 腐蚀电位负移 .

图 1 活性氯浓度对 5083铝合金在海水中的自然 腐蚀电位影响

F ig . 1 T he effect of active ch lo rine concen trati on on the E co

rr of alloy AA 5083in seaw ater 图 2 5083铝合金在含不同活性氯浓度海水中的阴 极极化曲线 F ig . 2 Cathodic po larizati on cu rves of alloy AA 5083in seaw ater w ith differen t active

ch lo rine concen trati on

2. 2 5083铝合金阴极极化行为及活性氯影响

图 2是 5083铝合金在海水中于不同活性氯浓度下的阴极极化曲线 , 可以看出 , 各极化曲 线的 T afel 斜率绝对值 (即极化率 随着活性氯浓度的增大而呈减小的趋势 , 但如浓度增至 10

m g L 以上时则变化趋缓

. 图 3示出由图 2阴极极化曲线经分析处理得到的 T afel 斜率 (B c 及其腐蚀电流 (i corr 随活性氯浓度的变化 . 如图所见 , 低浓度下活性氯对 5083铝合金自然腐蚀 电流的影响不大 , 浓度达 10m g L 以上时 , 自然腐蚀电流则迅速增加

. 以上表明 , 活性氯的存在对体系中电极表面的阴极反应有明显影响 , 随着活性氯浓度的增 加 , 铝合金的阴极极化变得困难 ; 其自然腐蚀电流明显增大 , 但在所设计的防污活性氯浓度范 围 (0. 2~0. 5m g

L 内 , 这种影响相对较小 . 低浓度下 (<5m g L , 由于活性氯的氧化作用促 进了铝合金钝化 , 致使腐蚀电流呈现减小的趋势 .

? 26? 电 化 学 2003年

, 自腐蚀 F ig . 3 V ariance of the B c and i co rr w ith active ch lo 2rine concen trati on in seaw ater 2. 3 5083铝合金的阳极极化行为及活

性氯影响 图 4示出按循环极化技术测出的 5083铝合金点蚀电位和点蚀保护电位在海水中

随活性氯浓度的变化曲线 . 可以看出 , 静止 海水中活性氯的浓度对 5083铝合金的点蚀 电位和点蚀保护电位的影响并不明显 , 当活 性氯浓度为 1m g L 以下时 , 其 E p it 与 E p ro t 的 差值 E p it 2E p ro t 呈增大趋势 , 表明该合金的耐

点蚀能力增强 ; 浓度超过 1m g L , E p it 2E p ro t 值逐渐减小 , . 即 :, 高浓度时 图 4 活性氯浓度对 5083铝合金在海水中的点蚀电

位和点蚀保护电位的影响 F ig . 4 T he effect of active ch lo rine concen trati on

on p itting co rro si on p roperty of alloy AA 5083in seaw ater 氧化性的活性氯则成为铝合金电化学腐蚀

的去极化剂 , 破坏其钝化膜并诱发点蚀 . 2. 4 活性氯浓度对 5083铝合金腐蚀 率的影响

分别测定常温海水中不同活性氯浓度 下 5083铝合金的腐蚀速度 , 周期 10d . 相关 实验数据列于表 2. 可以看出 , 同为 10d 的 试验期间内 , 活性氯浓度从 10m g L 变到 0 m g L , 其腐蚀率都很接近 , 表明在这一浓度

范围内活性氯对腐蚀速度没有明显的影响 . 试验后观察铝合金表面的腐蚀形貌 , 各

浓度下的试样表面均呈均匀致密的褐色膜 层 , 有金属光泽 , 光照下可见彩色 , 且随活性 氯浓度的减小 , 膜的颜色由深变浅 . 此外 , 试

样表面未发现局部腐蚀痕迹 .

表 2 5083铝合金在不同活性氯浓度海水中的腐蚀率 T ab . 2 V ariance of the co rro si on rate of alloy AA 5083w ith active ch lo rine concen trati on in seaw ater

Concen trati on , m g L

00. 51510Co rro si on rate , mm a 0. 01010. 00950. 01080. 00960. 0104 2. 5 pH 值对 5083铝合金腐蚀的影响

按上述全浸腐蚀试验方法测定海水的 pH 值对 5083铝合金腐蚀的影响 , 周期 10d , 实验 ?

36? 第 1期 王洪仁等 :5083铝合金在海水中的腐蚀电化学行为及活性氯影响研究

数据包括腐蚀失重 (腐蚀率 以及稳定的自然腐蚀电位 . 结果如表 3所列 . 从表 3数据可以看出 , 在酸性和碱性海水中合金的腐蚀速率均较天然海水中的增加了近 2个数量级 , 自然腐蚀电位同时移正 , 说明海水的酸碱性 (pH 对 5083铝合金的腐蚀行为影响 很大 . 原因是海水不论其酸性 、 碱性均能使铝合金表面氧化膜加速破坏 . 另据 A l 2H 2O 系 E 2

pH 图也可知 , A 1在酸性或碱性水溶液中均能遭受腐蚀

. 酸性海水中铝合金溶解生成 A l 3+, 碱 性环境下生成 A l O 2-[5]. 研究表明 , 5083铝合金在 3. 5%N aC l 溶液中碱性引起的腐蚀是由于 表面氧化膜被破坏 , 活性的阴极沉淀物 A l (M n , Fe , Cu 使其周围发生了半球状点蚀 (局部腐 蚀 所致 [6].

表 3 5083铝合金在不同 pH F ig . 3 V ariance of the rro E rr t pH in seaw ater 2. . 007. 4510. 0012. 00Co rro , a

0. 47480. 00460. 01010. 00390. 8152E co rr , mV (vs . SCE -611-744-790-772-580 5083铝合金在不同 pH 值海水中腐蚀的表面形貌如下 :

pH =2. 0 亮白色 , 但因酸性溶解表面有较多麻点 , 无金属光泽 ; pH =5. 0 较试验前变深 , 略有金属光泽 ;

pH =7. 5 表面大部分为均匀致密的褐色膜 , 局部露出银白色基体 , 无光泽 ; pH =10. 0 银白色 , 失去试验前金属光泽 ;

pH =12. 0 灰白色锈蚀 , 粗糙疏松 , 有絮状腐蚀产物脱落 . 3 结 论

1 对 5083铝合金在静止海水中腐蚀的电化学研究 , 结合文献 [7],其适宜的阴极保护电位 范围为 -0. 95~-1. 20V (vs . Cu

CuSO 4 .

2 于海水中添加活性氯 , 总的影响规律是 :铝合金的自然腐蚀电位变负 , 阴极极化更难 , 腐 蚀电流增加 . 在所设计的防污活性氯浓度范围 (0. 2~0. 5m g L 内 , 由于活性氯的氧化促进 了表面钝化使腐蚀减轻 , 影响并不显著 .

3 静止海水中当活性氯的浓度低于 1m g L 时 , 其氧化作用有利于 5083铝合金的钝化和 耐点蚀能力提高 , 浓度高于 1m g L , 则其氧化性反起合金腐蚀的去极化剂作用 , 从而破坏了合 金的钝化膜并诱发点蚀 .

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