分光光度法测定TRIP钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

'第29卷第1期2012年2月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．29No．1Feb．2012文章编号：2095—1248(2012)01—0038—04分光光度法测定TRIP钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀行为李壮8，郭向民8，于涛4，李朝华8，杨薇6(沈阳航空航天大学a．材料科学与工程学院；b．能源与环境学院，沈阳110136)摘要：用全浸实验方法研究了四种不同成分TRIP钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀行为，采用分光光度法测定了其腐蚀速率，利用扫描电镜对腐蚀后试样进行表面形貌观察。结果表明：溶液中微量Fe的含量与溶液的吸光度呈良好的线性关系；不含合金元素的A钢腐蚀速率最大，加入合金元素较多的B、D钢腐蚀速率较小，含合金元素的C钢腐蚀速率适中。随着腐蚀时间的增加，四种钢的腐蚀速率明显降低。合金元素在锈层中富集使锈层更致密，提高了试样的耐腐蚀性能。关键词：全浸实验；分光光度法；合金元素；腐蚀中图分类号：TGl72．5文献标志码：Adoi：10．3969／j。issn．2095—1248。2012．01，009SpectrophotometricdeterminationofcorrosionbehaviorofTRIPsteelin3．5％NaClsolutionLIZhuan98，GUOXiang—min8，YUTa08，LIZhao—hua8，YANGWei6(a．SchoolofMaterialScienceandEngineering；b．SchoolofAeroDynamicsandEnergyEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136)Abstract：CorrosionbehavioroffourkindsofT]R口steelsin3．5％Naclsolutionwasinvestigatedbyim—mersiontest．Corrosionratesweremeasuredbyspectrophotometry．nlemorphologiesoftherustlayerswereobservedbyusingscanningelectronmicroscopy．neresultsshowthatthecontentoftraceironhasagoodlinearitywiththeabsorbanceofthesolution．AmongthefourkindsofTRmsteels．thecorrosionrateofsteelAwithoutalloyingelementsisthehighest．necorrosionratesofsteelBandDwithmorealloyingelementsaresmallerandsteelCwithalloyingelementsiSmoderate．Thecorrosionratesaresignificantlyre—ducedwiththeincreaseofcorrosiontime．Theenrichmentofalloyingelementsintherustlayercompactstherustlayerandireprovesofthecorrosionresistanceofthesample．Keywords：immersiontest；spectrophotometry；alloyingelements；corrosion分光光度法即通过测定溶液的吸光度来得到溶液离子含量。溶液的吸光度与溶液中所含离子的浓度成正比‘1|，所以分光光度法可用于腐蚀试验中的动力学分析。通过测定腐蚀液中Fe离子含量得到腐蚀速率。TRIP钢是具有高强度、高韧性的新型廉价钢种，在工业界有着广泛的用途Ⅲ。低合金钢中化学成分的微小变化会对其腐蚀性能产生较大影响‘3|。而海洋结构钢中cu、Ni、Cr、Al等正好是新型TRIP钢所添加的主要合金元素。因此探讨收稿日期：2011一09一07基金项目：辽宁省教育厅项目(项目编号：2008535)作者简介l李壮(1964一)，男，辽宁沈阳人，教授，主要研究方向：钢铁材料的组织与性能，E"mail：Lizhuan920047@163．com。 第1期李壮，等：分光光度法测定TRIP钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀行为39TRIP钢在NaCI溶液中的腐蚀机理极为必要。本文对四种不同成分TRIP钢分别进行了全浸实验，采用分光光度法测定4种试样的腐蚀速率，对腐蚀产物进行了表面形貌观察，通过探讨合金元素对腐蚀速率的影响，研究了TRIP钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀行为。1实验方法1．1实验材料与设备实验用钢化学成分如表1所示。腐蚀试剂为3．5％NaCl溶液，分光光度法试剂用浓盐酸、羟胺溶液、醋酸铵缓冲溶液、醋酸钠溶液、二氮杂菲溶液以及铁标准溶液。采用Pe200型原子吸收分光光度计测定并计算腐蚀速率，借助于QUANTA600型扫描式电子显微镜对腐蚀试样进行表面形貌观察。1．2实验过程腐蚀实验执行GB7901—1999金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法。腐蚀实验前将试样加工后磨光至粗糙度Ra=1．6的100mill×50mm×4n"IITI试样后进行清洗。每种钢采用3个平行试样。采用分析纯NaCl及去离子水配制的质量分数为3．5％NaCI溶液作为腐蚀介质，用量为每个试样250ml。腐蚀实验时间分为6个周期，每周期60h。分光光度实验为腐蚀实验每1周期取其腐蚀溶液50IIll进行分光光度法测定Fe离子含量，计算出腐蚀速率。最后，取出腐蚀360h后的试样进行表面形貌观察。表1钢的化学成分％(叭)2结果与讨论2．1腐蚀实验结果P／mg。L图1Fe溶液的标准曲线50100150200250300350400f／h图2室温全浸腐蚀速率分光光度法所测得的校准曲线如图1。由图1可知，在溶液中微量Fe的含量(P(mg／L))与溶液的吸光度(A)呈良好的线性关系。所以可以采用分光光度法来测定四种钢在NaCl溶液中的腐蚀速率。计算所得的室温腐蚀速率与时间的关系如图2所示。腐蚀初期，4种钢都呈现出较大的腐蚀速率，但差异并不大。第一周期过后，4种试样遵循碳钢的一般腐蚀规律，腐蚀速率均有所下降。其中D钢腐蚀速率明显减小。宏观观察，D钢腐蚀产物完整的覆盖整个试样表面，其余3种试样均出现较大面积腐蚀产物。这是由于表面腐蚀产物的形成阻碍了基体与腐蚀介质的接触，从而降低腐蚀速率。B钢在第二周期之后腐蚀速率一直较小，而A钢腐蚀速率一直最大，c钢腐蚀速率适中。这表明含合金元素较多的B钢与D钢耐腐蚀性能要明显好于含合金元素较少的C钢，而c钢又比不含合金元素的A钢耐蚀。在腐蚀实验后期，B钢与D钢腐蚀速率要远小于C钢和A钢。2．2表面形貌A、B、C、D钢4种试样全浸腐蚀360h后扫描电镜下的表面形貌为图3(a)、图3(b)、图3(C)、图3(d)。图3中白色为腐蚀产物，黑色为腐蚀坑。由图3可以看出，A钢与C钢试样锈层较为疏松，B钢与D钢腐蚀产物较为致密，腐蚀速654321098765432111111"=100000000OOO000000000000O00000000000000(_一g．3＼& 沈阳航空航天大学学报第29卷率的大小与锈层的致密度有直接的关系。由图3分析可知，A钢腐蚀速率最大，C钢次之，B钢与D钢腐蚀速率相对于A钢和C钢要小很多，锈层形貌特征与腐蚀试验所测的腐蚀速率完全相符。2．3分光光度法原理溶液的吸光度与溶液中Fe离子的浓度成正比。可用公式(1)表示A=Lg争=KCL(1)2≠。(1)式中，A是吸光度；厶是入射辐射强度；，．是透过原子蒸汽吸收层的透射辐射强度；K是吸收系数；C是样品溶液中被测元素的浓度；L是原子吸收层的厚度”J。具体操作依照二氮杂菲法。溶液加入酸和羟氨后煮沸，使铁溶解并还原成二价态。1个亚铁原子核3个二氮杂菲分子整合生成橘红色络合物。有色溶液服从比尔定律”1。分光光度实验时，首先绘制吸光度对铁的毫克数的校准曲线；然后用二氮杂菲法测定所取腐蚀液中的Fe离子含量；最后使用校准曲线，将测得的光度计读数转换成铁的含量，从而计算出腐蚀速率。五4TRIP钢庸蚀机理TRIP钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀属于电化学腐蚀”“1，分阴阳两极进行阳极2Fe---*2Fe“+4e一(2)阴极02+2H20+4e一一OH一(3)在上述反应中，cl’虽不直接参与反应，但其导电作用会降低阴阳极之间的电阻，加速腐蚀过程。同时会使钢表面难以形成稳定性锈层”1。而合金元素Mo能够以M004“的形式溶解，吸附于基体表面，抑制cl一的破坏作用”1，所以含Mo的D钢腐蚀速率较小，锈层也最致密。钢中加入的Cu、Ni、Mo等合金元素的标准电极电势要远高于Fe，而理论上电极电势较高则不易被腐蚀。将平衡电位较高的合金元素加入平衡电位较低的基体中，能使其热力学稳定性提高，其耐蚀性也会相应提高o“。所以加入合金元素较多的B钢与D钢腐蚀速率要明显低于A钢和C钢，而A钢由于不含这种平衡电位较高的合金元素，其腐蚀速率最大。合金元素在锈层中的富集程度对腐蚀性能有很大影响””⋯。添加合金元素能够使钢表面形成致密的腐蚀产物，在其表面会形成具有保护性的稳定致密锈层，可以有效的阻滞腐蚀过程的进行”⋯。富集合金元素的锈层会更致密，使腐蚀速率降低m1。Cu、Cr等合金元素富集在锈层以及锈层与基体的界面中，对于锈层的致密性和锈层的粘附性有很大的作用”⋯，而Cu在海水中具有很好的耐a)A钢(b)Il钢t)c钢d)D钢田3四种钢腐蚀360h后的衰面形貌(a)A钢．(b)B钢．(c)C钢．(d)D钢 第1期李壮，等：分光光度法测定TRIP钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀行为41腐蚀效果¨5|，所以不含cu的A钢腐蚀速率最大，Cr在锈层和基体界面中富集，在Fe腐蚀生成FeOOH的过程中会取代部分Fe形成仅一Cr。FehOOH，这会使锈层具有较好的阳离子选择性，阻碍cl一的进入。cr同时又和Mo有助于钢基体在海水中的抗点蚀和抗缝隙腐蚀性能¨6|，这在以点蚀为主的腐蚀初期表现尤为明显，含Cr、Mo的D钢腐蚀初期腐蚀速率最小。Cr、Ni、Cu、Mo等合金元素加入到TRIP钢中，随着腐蚀的进行，将扩散而富集在钢表面，降低锈层导电性，阻碍腐蚀产物的快速增长。合金元素在锈层／钢表面界面富集，使局部区域的物相组成晶体发育受限，使锈层中难以形成结晶性物质，在锈层上也就不易产生微裂纹或间隙，从而抑制基体与腐蚀介质的进一步反应。3结论(1)微量Fe溶液的吸光度与其Fe离子的含量呈良好的线性关系。添加合金元素较多的B、D钢相对于含合金元素较少的A、c钢有明显的耐蚀性。(2)腐蚀试验后表面形貌观察，四种试样表面均有大面积腐蚀产物形成。其中D钢表面锈层最为致密，其次是B钢、c钢。A钢表面锈层相对最为疏松。(3)添加合金元素较多的B钢与D钢钢获得了相对较好的耐蚀效果，这是由于Cu、Ni、Cr,AI等合金元素在锈层及锈层与基体界面中的富集改变了TRIP钢的电化学性质所造成的。参考文献(References)：[1]黄杉生．分析化学实验[M]．北京：科学出版社，2008．[2]z．Li，D．wu．Effectsofhotdeformationandsubse。quentaustemperingonmechanicalpropertiesofhighsiliconandlowsiliconTRIPsteel[J]．MaterialsSci-enceandTechnology，2008，24(2)：168—176．[3]唐代明．TRIP钢中合金元素的作用和处理工艺的研究进展[J]．钢铁研究学报，2008，20(1)：1—4．[4]姜新其．分光光度法测定冲洗液中微量杂质[J]．中国氯碱，2004(4)：36—39．[5]刘秀晨，安成强，崔作兴，等．金属腐蚀学[M]．北京：国防工业出版社，2002．[6]YueLijie，WangLongmei，HanJinsheng．Effetsofrareealthoninclusionsandcorrosionresistanceof10PCuReweatheringsteel[J]．JournalofRareEarths，2010，28(6)：952—956．[7]张全成，王建军，吴建生，等．锈层离子选择性对耐候钢抗海洋性大气腐蚀性能的影响[J]．金属学报，2001，37(2)：193—195．[8]何业东，齐惠滨．材料腐蚀与防护概念[M]．北京：机械工业出版社，2005．[9]张全成．大气腐蚀过程中耐候钢表面保护性锈层的表征及其改性研究[D]．上海：上海交通大学，2002．[10]岳丽杰．Cu-P．RE耐候钢中稀土行为作用及机理的研究[D]．沈阳：东北大学，2006．[11]张全成，吴建生．暴露1年的耐大气腐蚀用钢表面锈层分析[J]．中国腐蚀与防护学报，2001，21(5)：298—299．[12]杨晓芳，郑文龙．暴露2年的碳钢与耐候钢表面锈层分析[J]．腐蚀与防护，2002，23(3)：97—101．[13]梁彩凤，侯文泰．碳钢及低合金钢8年大气暴露腐蚀研究[J]．腐蚀科学与防护技术，1995，7(3)：183．[14]WangZF，LiPH，GuanY，eta1．Thecorrosionresist-anteofultra—lowcarbonbainiticsteel[J]．Corros．Sci，2009，51(5)：954—961．[15]HusnuG，KazimierzD，GozenB，eta1．Evaluationofcorrosioninhibitionofbrass．118inartificialseawaterbybenzotriazoleusingdynamicEIS[J]．Corros．Sci，2009，51(11)：2573—2579．[16]RobertE，Melchers．Effectofsmallcompositionalonmarineimmersioncorrisionoflowalloysteels[J]．CorrosionScience，2004，46：1669—1691．(责任编辑：吴萍英文审校：刘爽)'