1、 6 DOI:10.19289/j.1004-227x.2023.04.002 表面状态对表面状态对 Q235 钢在不同氯离子浓度溶液中电化学腐蚀钢在不同氯离子浓度溶液中电化学腐蚀 行为的影响行为的影响 王珍1,*，金立兵2，梁新亚3 1.黄河交通学院交通工程学院，河南 焦作 454950 2.河南工业大学土木工程学院，河南 郑州 450000 3.中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450004 摘要：摘要：采用电化学法结合失重法，研究了 Q235 碳钢电极在质量分数分别为 2.0%、3.5%和 5.0%的 NaCl 溶液中的腐蚀行为与腐蚀速率的变化规律。结果表明：碳钢电极表面的腐蚀产物
2、会对电化学实验结果的准确性产生较大的影响。在进行电化学测试前，采用30 A/cm2恒定电流对碳钢电极进行极化预处理后测得的腐蚀电流密度随 Cl质量分数的增大而表现出先减小后逐渐趋于稳定的变化趋势，修正后的电化学测试结果与失重实验结果能较好地吻合，两者之间的平均误差为 5%9%。通过对腐蚀电极进行阴极极化预处理，令金属表面腐蚀产物进行充分还原，能够有效降低金属表面腐蚀产物对电化学实验结果造成的偏差。关键词：关键词：碳钢；腐蚀；氯盐浓度；电化学；失重法；预极化；修正 中图分类号：中图分类号：TG172.5 文献标志码：文献标志码：A 文章编号：文章编号：1004 227X(2023)04 0006
3、 07 Effect of surface state of Q235 steel on its electrochemical corrosion behavior in solutions with different concentrations of chloride ions WANG Zhen 1,*,JIN Libing 2,LIANG Xinya 3 1.College of Traffic Engineering,Huanghe Jiaotong University,Jiaozuo 454950,China 2.School of Civil Engineering,Hen
4、an University of Technology,Zhengzhou 450000,China 3.China Construction Seventh Engineering Division Corp.Ltd.,Zhengzhou 450004,China Abstract:The corrosion behavior of Q235 carbon steel electrode and the variation of its corrosion rate with immersion time in 2.0%,3.5%,and 5.0%NaCl solutions respect
5、ively were studied by electrochemical method in combination with weight loss method.The results showed that the corrosion products on the carbon steel electrode surface have a great effect on the accuracy of electrochemical testing results.If the carbon steel electrode was subjected to polarization
6、with a constant current density of 30 A/cm2 prior to the electrochemical testing,the corrosion current density of carbon steel electrode measured was decreased initially and then gradually became stable with the increasing of Cl concentration.The corrected electrochemical testing results are in good
7、 agreement with the weight loss values with an average error ranging from 5%to 9%.By performing cathodic polarization as a pretreatment on the corroded electrode,the corrosion products on the metal surface can be reduced completely,and the deviation of electrochemical testing results caused by the e
8、xistence of corrosion products on the metal surface can be effectively reduced.Keywords:carbon steel;corrosion;chloride concentration;electrochemistry;weight loss method;pre-polarization;correction 海洋是我国经济高质量发展的战略要地。加快发展海洋经济，培育国民经济新的增长点，已成为我国经济发展的首要任务。碳钢作为建设领域最常用的钢材之一，担负着沿海设施建设及海水集输等重要任务1。研究表明，Cl能够降
9、低碳钢基体的保护电位，进而破坏碳钢表面的保护层，是影响碳钢在海洋环境中腐蚀速率的重要因素2-3。Dillmann 等4和 Garca 等5研究了钢材在海洋环境中的腐蚀产物，提出铁基体在氯盐环境中的腐蚀产物 收稿日期：收稿日期：20220507 修回日期：修回日期：20221121 基金项目：基金项目：国家自然科学基金（51509084）；教育部产学合作协同育人项目（202102193012）；粮食公益性行业科研专项（201413007-01）。作者简介：作者简介：王珍（1994），女，硕士，助教，研究方向为混凝土结构耐久性。引用格式：引用格式：王珍,金立兵,梁新亚.表面状态对 Q235 钢在不
10、同氯离子浓度溶液中电化学腐蚀行为的影响J.电镀与涂饰,2023,42(4):6-12.WANG Z,JIN L B,LIANG X Y.Effect of surface state of Q235 steel on its electrochemical corrosion behavior in solutions with different concentrations of chloride ions J.Electroplating&Finishing,2023,42(4):6-12.表面状态对 Q235 钢在不同氯离子浓度溶液中电化学腐蚀行为的影响 7 主要为-FeOOH、-Fe
11、OOH、-FeOOH 和 Fe3O4。Rmazeilles 等6和 Antony 等7通过研究发现，Cl的存在是导致碳钢腐蚀产物中含有-FeOOH 的重要原因，同时-FeOOH 的还原性较强，能够加速碳钢在氯盐环境中的腐蚀。秦明等8对碳钢腐蚀产物进行分析后发现，锈层成分主要为-FeOOH 和-FeOOH，且-FeOOH 主要分布在靠近基体一侧，-FeOOH 则主要分布在外侧。碳钢基体表面在碱性环境中会形成钝化膜，而 Cl能够破坏这层钝化膜，并且令碳钢表面的 pH 和保护电位降低，进而打破原有的电离平衡，加速腐蚀进程。碳钢基体表面钝化膜被破坏后，在氧气和水的共同作用下发生电化学腐蚀。氧化反应(F
12、e 2e Fe2+)生成的 Fe2+与阴极反应(O2+2H2O+4e 4OH)产物 OH结合成 Fe(OH)2，其在空气中被进一步氧化，当氧气充分时便生成 Fe(OH)3，脱水后变成稀松多孔的红锈，而少氧条件下氧化不完全，则部分生成黑锈。碳钢在氯盐环境中的锈蚀机理如图 1 所示。碳钢表面腐蚀产物在电化学测试过程中易发生还原反应，从而影响电化学测试结果的准确性9-10。图图 1 氯盐环境中碳钢的腐蚀机理示意图氯盐环境中碳钢的腐蚀机理示意图 Figure 1 Schematic diagram showing the corrosion mechanism of carbon steel in a
13、 chloride environment 本文采用电化学法与失重法相结合，研究了不同电极表面状态的 Q235 碳钢在 2.0%、3.5%和 5.0%NaCl溶液中的腐蚀行为及腐蚀速率变化规律，这对于金属长期腐蚀行为研究、腐蚀监测及海洋工程和沿海基础设施的安全使用都具有重要意义。1 实验实验 1.1 试件的制备试件的制备 选用 2 mm 厚的 Q235 钢板，其化学成分(以质量分数表示)为：C 0.17%，Si 0.22%，Mn 0.45%，P 0.03%，S 0.008%，Fe 余量。采用数控铣床将实验材料加工成直径为 10 mm 的圆柱形试件。根据 GB/T 241962009金属和合金的
14、腐蚀 电化学实验方法 恒电位和动电位极化测量导则的相关要求，依次使用 400#、800#、1200#和 2000#的 SiC 砂纸将试件表面的保护层打磨掉，然后置于乙醇和去离子水中洗净后吹干，在试件背面焊接铜导线，使用环氧树脂将试件封装在 PVC 管节中，制成电化学试件，如图 2所示。图图 2 电化学试件电化学试件 Figure 2 Electrochemical test specimen 1.2 实验方案实验方案 使用分析纯 NaCl 和蒸馏水分别配制 2.0%、3.5%和 5.0%的 NaCl 溶液，将表面处理后的电化学试件分为3 组，分别置于对应浓度的 NaCl 溶液中，实验环境温度稳
15、定在 20，腐蚀周期分别为 1、5、15、45、75、105 和 155 d。电化学测试采用 CHI660E 型电化学工作站。在标准三电极体系电解池中，辅助电极为铂(Pt)电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，工作电极为碳钢试件。对达到预设腐蚀周期后的碳钢电极进行开路电位测试，直至所得数据趋于稳定，随后进行动电位极化曲线测试，扫描速率为 0.3 mV/s，电位扫描范围为900 400 mV。测试结束后使用 ZView 软件对所得腐蚀数据进行分析。表面状态对 Q235 钢在不同氯离子浓度溶液中电化学腐蚀行为的影响 8 2 结果与讨论结果与讨论 2.1 极化曲线测量结果极化曲线测量结果 从图 3
16、 可以看出各组碳钢极化曲线变化规律比较相似。在 NaCl 质量分数一定的情况下，碳钢电极在不同腐蚀周期内的极化曲线阳极部分几乎平行，且变化趋势较小，这说明腐蚀过程中碳钢电极的阳极反应类型始终为铁的溶解。随着腐蚀的进行，各组极化曲线阴极部分表现出的腐蚀规律差别较大，在800 900 mV(相对于 SCE)出现明显波峰，这说明随着腐蚀的持续进行，阴极反应受到较大影响，其反应类型发生了改变。(a)2.0%(b)3.5%(c)5.0%图图 3 碳钢在不同碳钢在不同 NaCl 质量分数的溶液中的极化曲线随浸泡时间的变化质量分数的溶液中的极化曲线随浸泡时间的变化 Figure 3 Variation of polarization curve with immersion time for carbon steel in the solutions with different mass fractions of NaCl 如图 4 所示，各组碳钢电极的极化电阻(Rp)随腐蚀进行的变化规律相似：先增大后减小，最后趋于稳定。腐蚀初期，碳钢电极的极化电阻随 NaCl 质量分数的增大而降低；稳定后，碳钢
