1、第 9 卷第 1 期 2003 年 2 月電化學EL ECTROCH E M ISTR YV o I . 9 N o. 1 Feb . 2003文章編號：100623471(2003 01200602065083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學行為 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，在本文設置的防污活性氯濃 度范圍(0. 20. 5m g L 內,并可提高鋁合金的耐 點蝕能力,海水的 pH 值對鋁合金 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、 污提供了依據關鍵詞：5083 鋁合金；海水；腐蝕電化學；活性氯中圖分類號：O 646文獻標識碼：A接觸海水的結構鋁合金，面臨腐蝕性很強的海水介質直接腐蝕，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能力海水中的 C l -對鈍化膜的破壞作用尤其強烈，造成了鋁合金在海水中的鈍態不穩定 此外，海水中鋁合金還會由于海生 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 過電解海水產生氯氣，次氯酸等有毒物質抑制海生物的污 損1.電解海水產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鋁合金的影響一方面是有利于維持合金的鈍態，增加活性氯的供給，促進鈍化膜的穩定性；但另一方面又可能起著電化學腐蝕去極化劑 的作用，從而破壞金屬表面的鈍化膜并誘發孔蝕2, 3,產生嚴重的局部腐蝕，這對于鋁合金在海水中的腐蝕和電化學性能將產生不利的影響.本文針對在海洋腐蝕和污損環境中普遍應用的 5083 鋁合金，研究其在靜止海水中的腐蝕 與電化學性能，同時通過研究活性氯對鋁合金腐蝕電化學性能影響，明確了由電解海水產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.收稿日期：2002208212,修訂日期：2002209223通訊聯系人 T el :(862532 5843204; E 2m ail :hongrenw 163. comBI 防型號科 研課題(XK 020401 資助1 試驗材料及方法1. 1 試驗材料及設備試驗用 5083 鋁合金為軋制狀態，其化學成分如表 1 所列.電化學腐蝕實驗使用的鋁合金為面積 1c m 2(10mm 沐 0mm 的片狀試樣，引出 導線后鑲嵌固化在環氧樹脂中，表面用砂紙逐級研磨至 2000#.全浸腐蝕試驗試樣 尺寸為70mmX25mm x5mm ,表面拋光除油，試驗前后

5、用電光天平稱重，試樣用 A STM G 1281標準方法進行處 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 試驗介質采用常 溫青島天然海水.電化學腐蝕試驗采用 SOLA TRON 1287 電化學測試 系統,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，而是利用化學純次氯酸鈉配制含活性氯海水溶液，即按預定的活性氯濃度稱取對應 量的次氯酸鈉溶解于 海水中配制成，并采用 N , N 二乙基對苯二胺一硫酸亞鐵銨 滴定法測定濃度.活性氯在海水中會逐漸分解失效，實驗過程中，需要定期調整由 此而產生的濃度變化.1.3 試驗方法分別測定 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 .其相應的陽極極化曲線采用循環極化 (cyclic polarizati on 法,并于陽極電流密度達到 1mA cm2 時進行反掃，以此研究

7、鋁合金的點蝕電位和點 蝕保護電位4.鋁是兩性金屬，在酸性和堿性環境中均會遭受加速腐蝕.要解決鋁合金的防腐 防污問題，需同時考慮陰極過保護可能導致合金表面的堿性化，以及電解海水制氯時由于局部活性氯聚 集而造成酸性環境.為此用 HC l 和 N aO H 調整海水的 pH 值 分別為 2. 0, 5. 0, 7. 5 天然海水，10, 12,通過對 5083 鋁合金進行全浸腐蝕試驗,以 期進一步探明不同 pH 條件下鋁合金的腐蝕 情況.依次對含有 10, 5, 1,0. 5 和 0m g L 活性氯的海水進行 5083 鋁合金的腐蝕失重 試驗，試驗中根據活性氯在海水因分解而發生的濃度變化，定期更換

8、海水.2 試驗結果與討論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其影響測定，每種濃度均由 3 個平行試樣？16?第 1 期王洪仁等:5083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學行為及活性氯影響研究進行測試，連續監測自然腐蝕電位 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.圖中所示的穩定自然腐蝕電位均取3 個平行試樣的測量平均值.由圖 1 可以看出，活性氯濃度對 5083 鋁合金的自然腐蝕電位有明顯的影響規 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移，其中在 10m g L 以內的負移趨勢比較 明顯.據圖 1,在本文設置 的防污活性氯濃度范圍（0. 5m g-0 6a adHII Bll T FHBc l皿L 內，活性氯對 5083 鋁合金所產生的影響主要是氧化性的活性氯有利于鋁合金的鈍化,致使相關腐蝕電位正移，但這對鋁合金的腐蝕和陰極保護電位 的影響不 大.在海水中活性氯濃度較大時，,使其腐蝕電位負移圖 1 活性氯濃度對 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 斜率絕對值（即極化率 隨著活性氯濃度的增大而呈減小的趨 勢，但如濃度增至 10m g L

11、 以上時則變化趨緩.圖 3 示出由圖 2 陰極極化曲線經分析處理得到的 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 5083 鋁合金自然腐蝕 電流的影響f不大，濃度達 10m g L 以上時，自然腐蝕電流則迅速增加.以上表明，活性氯的存在對體系中電極表面的陰極反應有明顯影響，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 計的防污活性氯濃度范 圍（0. 20. 5m g0L 內,這種影響相對較小.低濃度下（5m g L ,由于活性氯的氧化作用促 進了 鋁合金鈍化,致使腐蝕電流呈現減小的趨勢.? 26?

12、電化學 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 示出按循環極化技術測出的 5083 鋁合金點蝕電位和點蝕保護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 5083 鋁合金的點蝕電位和點蝕保護電位的影響并不明顯，當活性氯濃度為 1m g L 以下時,其 E p it 與 E p ro t 的差值 E p it 2E p ro t 呈增大趨勢

13、，表明該合金的耐點蝕能力增強；濃度超過 1m g L , E p it 2E p ro t 值逐漸減小，.即：,高濃度時 圖 4活性氯濃度對 5083 鋁合金在海水中的點蝕電位和點蝕保護電位的影響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 成為鋁合金電化學腐蝕的去極化劑，破壞其鈍化膜并誘發點蝕.2. 4 活性氯濃度對 5083 鋁合金腐蝕率的影響分別測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 .相關實驗數據列于表 2.可以看出,同為 10d 的試驗期間內,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活性氯對腐蝕速度沒有明顯的影響.試驗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，試樣表面未發現局部腐蝕痕跡.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 5083 鋁合金腐蝕的影響按上述全浸腐蝕試驗方法測定海水的pH 值對 5083 鋁合金腐蝕的影響，周期10d ,實驗？36?第 1 期王洪仁等:5083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學行為及活性氯影響研究數據包括腐蝕失重（腐蝕率以及穩定的自然腐蝕電位.結果如表 3 所列.從表 3 數據可以看出，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 個數量級,自然腐蝕電位同時移正,說明海水的酸堿性（pH 對 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 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 使其周圍發生了半球狀點蝕（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，無金屬光澤；pH =5. 0 較試驗前變深,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，失去試驗前金屬光澤；pH =12. 0 灰白色銹蝕，粗糙疏松，有絮狀腐蝕產物脫落.3 結論1 對 5083 鋁合金在靜止海水中腐蝕的電化學研究，結合文獻7,其適宜的陰極保護電位 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，總的影響規律是：鋁合金的自然腐蝕電位變負，陰極極 化更難,腐蝕電流增加.在所設計的防污活性氯濃度范圍(0. 20. 5m g L 內，由于 活性氯的氧化促進 了

19、表面鈍化使腐蝕減輕，影響并不顯著.3 靜止海水中當活性氯的濃度低于 1m g L 時,其氧化作用有利于 5083 鋁合金 的鈍化和 耐點蝕能力提高，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 金的鈍化膜并誘發點蝕.4 海水 pH 值對 5083 鋁合金的腐蝕影響較大,在強酸性和強堿性海水中,5083鋁合金的腐蝕急劇增大，腐蝕率比天然海水中的高達 2 個數量級，電位正移近 200mV . ? 46?電 化 學 2003 年第 1 期王洪仁等：5083 鋁合金在海水中的腐蝕電化學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