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CO2广泛存在于自然界中,金属经常所处的大气、淡水、海水和雨水中都溶有CO2,故自然环境中CO2对金属腐蚀有着不可或缺的作用。然而,有关镁合金在CO2饱和溶液中的腐蚀行为研究较为缺乏,探索该种环境中的腐蚀机理对研究其防护措施有着重要的意义。
本文采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱技术、傅里叶转换红外光谱、扫描电子显微镜以及光电子能谱研究了在介质中Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-以及PO43-对镁合金的腐蚀行为的影响:利用pH酸度计测试了溶液酸度随CO2通气量的变化,电导率仪测试了溶液的电导率,并利用扫描电子显微镜观察和分析了镁合金腐蚀后的表面形貌,利用光电子能谱和傅里叶转换红外光谱分析了镁合金表面腐蚀产物的成分。揭示了CO2饱和溶液中常见无机阴离子在镁合金表面的作用机理。研究结果有助于无机盐存在下CO2饱和溶液中缓蚀剂的开发和使用,并为完善各种腐蚀介质中无机盐存在下镁合金表面的腐蚀作用机理奠定基础。
动电位极化曲线、电化学阻抗谱技术等方法得到的结果基本一致,研究结果表明:
(1)Cl-加速镁合金在CO2饱和溶液中的腐蚀,腐蚀速度随Cl-浓度的增加而增大,随温度的升高而增大;随浸泡时间的增加在阳极区有明显的钝化现象。Cl-在CO2饱和溶液中对镁合金腐蚀的加速作用被认为是两方面作用的结果:一是破坏了镁合金表面生成的氢氧化镁保护膜致使保护膜被击穿,镁合金表面发生点蚀;二是增加了溶液的导电性,使溶液欧姆极化电阻降低,有利于离子传递,加快腐蚀进程。
(2)SO42-加速镁合金在CO2饱和溶液中的腐蚀,腐蚀速度随SO42-浓度的增加而增大;随温度的升高而增大;随浸泡时间的增加阳极Tafel斜率明显增大,但没有明显的钝化区出现。SO42-加速镁合金在CO2饱和溶液中腐蚀的原因为增加了溶液的电导率,镁合金表面发生均匀腐蚀
(3)在CO2饱和溶液中CO32-对镁合金的腐蚀行为随浓度、温度和浸泡时间的变化规律与Cl-相同,但在高浓度时出现钝化现象。CO32-加速镁合金在CO2饱和溶液中腐蚀的原因为:一方面使得溶液的酸度增加,氢氧化镁保护膜溶解;另一方面使得溶液的电导率增加,有利于离子传递。
(4)HCO3-在CO2饱和溶液中对镁合金的腐蚀速度随HCO3-浓度的增大而增大;随温度的升高而增大;与CO32-比较钝化现象不明显。随浸泡时间的增加腐蚀电流减小并出现钝化现象。HCO3在CO2饱和溶液中加速镁合金腐蚀的原因主要是使得溶液的酸度和电导率增加。
(5)在CO2饱和溶液中PO43-对镁合金的腐蚀行为低浓度时表现为促进腐蚀,高浓度时表现为抑制腐蚀。PO43-主要是抑制镁合金的阳极反应,为阳极行缓蚀剂。其缓蚀机理主要是由于磷酸根与腐蚀产物生成的难溶物在镁合金阳极区域沉积,抑制了镁的阳极溶解。
按各离子对镁合金CO2饱和溶液中的腐蚀速度由大到小的排序为:HCO3->CO32->Cl->SO42->PO43-。
研究结果进一步表明:在CO2饱和溶液中,镁合金的腐蚀主要受溶液的酸度、电导率和无机阴离子浓度的影响。