304不锈钢管的电化学行为分析

以3.5％NaCl溶液(pH=7.5)为母液,通过单一变量法进行极化实验:1)改变静水压力,保持25℃和初始氧含量7mg/L不变;2)改变温度和初始氧含量,保持静水压力10MPa不变。由图3a可知,不同静水压力下的极化曲线整体趋势比较吻合,自然腐蚀电位和维钝电流密度基本相同,说明静水压力对304不锈钢管极化行为的影响不明显。但随着压力的增大,阴极极化曲线略向左偏移,这是由于高压环境促进了Cl-在钢表面的吸附,导致氧的吸附点减少[8],使其去极化过程受到轻微抑制;同时,阳极钝化区间略微变窄,点蚀击穿电位略有下降。一般而言,较高的压力会促进Cl-的活性及其在氧化膜中的穿透速率,增加钝化膜缺陷[9],降低击穿电位。由图3b可知,温度和氧含量的变化对极化曲线的影响较大,提高温度和氧含量均会使极化曲线右移。这是因为氧含量的增加会促进阴极去极化过程的发生;温度的增加除了提高电化学反应速率常数外,还会通过加速氧在溶液中的扩散来促进氧的去极化反应。降低温度会抑制材料活性,提高氧含量会促进腐蚀产物的生成,这些均有利于自然腐蚀电位的正移,因此,在海洋环境中,若304不锈钢管表面被海生物或污染物局部覆盖,极易发生氧浓差电池效应。另外,相比于氧含量几乎对点蚀电位的无影响,温度的降低会提高点蚀电位,扩大钝化区。这是由于Cl-对钝化膜的吸附作用会随着温度降低而减弱,导致钝化膜更不易被破坏温州不锈钢管。

为了进一步了解不同因素对电化学行为的影响,在上述不同条件下测试了304不锈钢管的交流阻抗谱,结果如图4所示。阻抗谱圆弧半径随着压力增加几乎不变,但随着温度与氧含量的增加而明显缩小。在不同压力、温度与氧含量下的Nyquist图均表现为单一容抗弧,说明这些条件的变化仅改变了体系中电极反应的速率,不改变电化学反应,影响电极表面反应的状态变量只有电极电位E[11]。采用图5所示的等效电路拟合图4b中的阻抗谱曲线,电路中Rs为溶液电阻,Rt为电荷转移电阻,Qdl为双电层电容的常相位角元件。图4b中由上至下条件下的电荷转移电阻Rt依次为2.23×105,2.60×105,4.35×105,7.13×105Ω·cm2,即Rt在温度高、氧含量高的环境中最小,反应最易进行,容易发生腐蚀,这与图3b中的极化曲线相吻合。