第37卷第10期2001年lO月
金属学垃
ACTAMETALLURGICASINICA
VoI37No.10
October2001
F一对酸性介质中316不锈钢钝化性能的影响
李谋成曾潮流林海潮曹楚南
(中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,沈阳[10016)
摘要对含氟离子(F一)稀盐酸介质中316不锈钢的钝化行为进行了研究结果表明.自然腐蚀电位下316不锈钢在台F一稀盐酸溶液中能够钝化,低浓度F一对不锈钢钝化性能的影响裉小,但较高浓度的F一(≥oolmol/L)能够显著降低钝化性能,阳极极化过程中不锈钢表面能形成古F一的富Cr钝化膜提出rF离子破坏钝化膜的加速反虚机理
关键词不错钢,钝化,F一离于,腐蚀
中图法分类号TGl72.63文献标识码A文章编号0412—1961(2001)10—1083一04
EFFECToFFLUoRIDEIoNSoNPASSIVE
PERFoRMANCEoF316STAINLESS
STEELINACIDMEDIA
LIMoucheng.ZENGChaoliu,LjNHaichao,CAOChunan
StateKeyLaboratoryforCorrosionandProtection,InstituteofMetalResearch,TheChineseAcademyofSciences,Shenyang110016
Correspondent:LIMoueheng,lecturer,Tel:(024)2s90轳53,E—mail:raouchengli@hotmail.com
Manuscriptreceived2001-03—15inrevisedform2001~06_13
ABSTRACTThopassivityof316stainlesssteelwasinvestigatedinF—containingdilutehydrochlo—ricacidsolutionsaeratedwithoxygengasat25℃Thepolarizationcurvesillustratethat316stainlesssteelCallpassivateinabovesolutions乱corrosionpotentialTheanodicpolarizationcurvesshowthatlOWconcentrationsofF—ionhavenosignificanti|tfiuenceonthepassivityof316staiidesssteel,whilethepassivityisdeterioratedbythehigherconcentrations(≥o.01mol/L)ofF—ionIno1mol/LNaFsolutions.ananodiccurrentpeakoccursbeforepittingpotential,whichdoesn’tappearinthesolu-tionswithlowconcentrationsofNaF.Duringanodicpolarization,aF一一incorporatedandCr-enrichedfilmformsonthestainlessste
elsurface.TheF—acceleratedreactionsmechanismisproposedforthedeteriorationofthepassivefilm.
KEYWoRDSstainlesssteel.passivation.F—ion,corrosion
不锈钢表面稳定的钝化膜使其具有优良耐蚀性,但当介质中古有侵蚀性阴离子(如cl一和F)时,钝化膜就可能遭到破坏,进而限制不锈钢在这些介质中的有效使用.例如,在质子膜燃料电池中。F等离子对不锈钢集流双极板的侵蚀作用常导致电池放电性能下降【lJ因此,探索介质中侵蚀性离y-对钝化膜的破坏作用是一项非常重要的课题.金属材料在含Cl一溶液中腐蚀的理论已较成熟,而不锈钢等金属材料在含F一溶液中腐蚀的研究却很少【2一…
+国家鼋点基础研究专项经费G2000026409资助项日收到初稿日期:2001-0315,收到修改稿日期:2001—06一13作者简介:李谋成,男,1970年生+讲师.博十生
本工作利用电化学测量技术研究了316不锈钢在含F一弱酸性介质中的钝化行为
1实验方法
实验介质为0—01mol/LNaF+o01mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaP+0
.1mol/LHAc溶液溶液在实验前30min开始通氧,温度为25℃
电化学测量采用三电极体系.辅助电极为铂片参比电极体系由饱和甘汞电极(SCE)和Luggin管组成.研究电极为10li'lm×10lTlm的316不锈钢(316SS的质量分数(%)为:Cr16.85,Ni14.43,C0024,Mn1.15,Si0.2,P0.006,S0.005,Mo250).非工作表卣用环氰树脂封装.实验前,试洋经360-700号水磨砂纸打磨,用丙酮和蒸馏水清洗.研究电极侵入测试介质后即进行恒电位阴极极化“还原其表面的氧化物,提高实验的可重复
 万方数据
金属学报37卷性吼极化电位介于一1.2—1V间,极化时间为5min;
待电极电位稳定2.5h后进行极化曲线测定,电位扫描速
度为20mY/rain.电化学阻抗谱(EIS)的测定频率范围
为99.8kHz一10mHz,交流激励信号幅值为10mV.
电化学测量采用EG&G公司的M263恒电位
仪、M5210锁相放大器、M352和M398测试软件以
及486微机组成的测试系统用SEM(PhilipsXL30)和
XPS(PHI-550)对试样进行表面分析
2实验结果与讨论
图1为316SS在不同NaF浓度的0.olmol/LHcI
溶液中的极化曲线由图可知,随F一浓度增大,同一电位
下的阳极极化电流密度增大,F一浓度oN。F从0增加到
o.1mol/L时,316SS的钝态电流密度i从1.2ttA/cm2
上升到2.2,uA/cm2,表明F一对316SS旖蚀的阳极过
程有促进作用,能加速钝化膜的溶解,但这种加速作用较小从图1还可以看出,阳极极化曲线未出现活化一钝化过渡区,而是随极化电流密度的增大直接进入钝化区,这说明在自然腐蚀电位下,316SS在25℃的不同F一浓度CN。F的0.0lmol/LHCl溶液中腐蚀时,其表面能够形成稳定的
钝化膜.
值得注意的是,CN。F为o.1mol/L时,316SS的阳极极化曲线在380mV附近出现了一个溶解峰.在HAc溶液中也测得了相似的陆线,如图2所示极化曲线上点蚀电位以前出现的溶解峰使不锈钢的钝态性能显著下降,这是由F一所引起的.Strehblow等[6-sJ发现,在含F一离子酸性介质中,Ni及Fe等金属的阳极极化曲线在点蚀电位以前也会出现一个溶解峰
为了探讨点蚀电位以前阳极溶解峰产生的原因,测定了试样在o.1mol/LNaF+o.01mol/LHCl溶液中不
蟹1试样在不同NaF浓度的o.01mol/LHCI溶液中的阳极极化曲线
Fig.1Anodicpolarizationof3168Sino01
mol/LHClsolutionsunderdifferentNaFcontents【CNaF)
尉2试样在不同NaF浓度的0lrnol/LHAc溶液中的阳极极化曲线
Fig.2Anodicpolarizationof316SSino.1mol/LHAcsolutions
同极化电位下的电化学阻抗谱(EIS),如图3所示.200和600mV下试样处于钝态。EIS为一半径较大的单容抗弧;380mV下的EIS由两段容抗弧组成,具有两个时间常数,说明此电位下电极反应有显著的变化;800mV下试样表面钝化膜被破坏,发生点蚀(图4a),EIS由一高频容抗弧以及一低频感抗弧组成.此外,分析了试样在01mol/LNaF+001mol/LHCl溶液中,于200和600mV下极化1h后形成的钝化膜的形貌和化学组分
SEM和XPS的观测结果表明,试样在这两个电位形成的钝化膜无明显差别.如图4b所示,试样表面只有打磨痕迹,无蚀点;对这两个试样表面(经蒸馏水清洗)进行的XPS分析可见(图5),试样表面均无Fe的信号,Ni的谱很弱,而Cr,0和F的谱峰强,说明试样表面形成了含F~的富Cr钝化膜,钝化膜中几乎不含Fe的氧化物.Sekine等引也测得304不锈钢在含F一硫酸和醋酸中表面形成了含F一钝化膜.根据上述实验结果和cl一离子加速反应机理∽在380mV附近的溶解峰可能是由以下F一离子加速反应引起的
MH20+F一=(MFOH一)。d。+H++e(1)(MFOH一)“。_÷(MFOH)…。。+e
(rate—determiningstep)【2)(MFOH)…+H+oM2++F一+H20(3)其中.M主要代表Fe和Ni.反应式(1—3)只有在一定的F~离子量和特定的电位范围才可能发生,当电位高于这一特定范围时,这些反应会因形成难溶腐蚀产物或再
 万
方数据
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方数据
金属学报37卷
图5试样在01mol/LNaF+oolmol/LHCl溶液中不同电位极化1h后的表面XPS
谱Fig.5XPSspectraoftheelectrode811rfRcespolarizedatdifferentpotentialsfor1h
小20V600mV
3结论
f1)316不锈钢的钝化性能在低NaF浓度的稀盐酸溶液中变化很小;当浓度NaF增大到o.01mol/L时,其钝化性能显著下降.
(2)在含NaP稀盐酸溶液中,316不锈钢表面能够形成含F一的富Cr钝化膜
参考文献
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1J剧ectmc^em
 万方数据
F-对酸性介质中316不锈钢钝化性能的影响
作者:李谋成, 曾潮流, 林海潮, 曹楚南
作者单位:中国科学院金属研究所
刊名:
金属学报
英文刊名:ACTA METALLURGICA SINICA
年,卷(期):2001,37(10)
被引用次数:0次
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304跟316不锈钢有什么区别9.Kuo H C.Nobe K查看详情 1978
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