純鐵對(duì)B10和B30銅合金在模擬海洋環(huán)境中的陰極保護(hù)

純鐵對(duì)B10和B30銅合金在模擬海洋環(huán)境中的陰極保護(hù)馬啟國(guó);肖穩(wěn);陳散興;周學(xué)杰;張三平【摘要】測(cè)試了模擬海洋環(huán)境中B10、B30銅合金及純鐵的電化學(xué)性能，采用恒電流法測(cè)試了純鐵犧牲陽極性能,并結(jié)合電偶腐蝕試驗(yàn)進(jìn)一步分析了采用純鐵對(duì)B10B30銅合金進(jìn)行陰極保護(hù)的可行性?結(jié)果表明:純鐵的自腐蝕電位低于B10和B30銅合金的,犧牲陽極性能良好,有穩(wěn)定工作電位,電流效率高;電偶腐蝕試驗(yàn)中,純鐵作為陽極材料極大地抑制了B10、B30銅合金的腐蝕，起到了良好的陰極保護(hù)效果.期刊名稱】《腐蝕與防護(hù)》年(卷),期】2016(037)010【總頁數(shù)】5頁(P793-796,820)【關(guān)鍵詞】B30銅合金；B10銅合金;純鐵;犧牲陽極;陰極保護(hù)【作者】馬啟國(guó);肖穩(wěn);陳散興;周學(xué)杰;張三平【作者單位】武漢材料保護(hù)研究所,武漢430030;特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430030;武漢材料保護(hù)研究所,武漢430030;特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430030;武漢材料保護(hù)研究所,武漢430030;特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430030;武漢材料保護(hù)研究所,武漢430030;特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430030;武漢材料保護(hù)研究所,武漢430030;特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430030【正文語種】中文【中圖分類】TG174.41銅合金B(yǎng)10、B30是海洋平臺(tái)、船舶及電站電廠等常用的管路材料，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能與導(dǎo)熱性能，因而常用于冷凝管。但是，銅鎳合金也不能完全免受海水腐蝕，長(zhǎng)期使用將面臨腐蝕失效的風(fēng)險(xiǎn)。此外，B10、B30銅合金在使用過程中也不可避免地與其他金屬材料接觸，在嚴(yán)苛的海洋環(huán)境中會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，從而加速材料的腐蝕，因此必須從一開始就采取安全可靠的防腐蝕措施［1-2］。在防腐蝕措施中，陰極保護(hù)由于經(jīng)濟(jì)實(shí)用，廣泛應(yīng)用于地下管網(wǎng)、碼頭船舶、軍用車輛、建筑材料、石油和化學(xué)工業(yè)，對(duì)金屬部件防腐蝕起著重要的作用［3-4］。陰極保護(hù)包括外加電流法和犧牲陽極法。犧牲陽極陰極保護(hù)由于其長(zhǎng)效穩(wěn)定、不需維護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，一直備受人們青睞。鎂基陽極、鋅基陽極和鋁基陽極是三種常用的犧牲陽極，廣泛用于各個(gè)行業(yè)鋼材的陰極保護(hù)。但是用于銅材陰極保護(hù)時(shí)，這三種材料與銅材間存在過大的電位差，并且這三種材料的自腐蝕也極為嚴(yán)重，導(dǎo)致犧牲陽極材料快速腐蝕消耗，從經(jīng)濟(jì)角度考慮它們存在著一定的不足。因此，人們開始研究使用鐵基材料作為犧牲陽極，保護(hù)海水中的銅管材是否可行。從理論上講，鐵基材料與銅材電位差適當(dāng)，且鐵基材料更為廉價(jià)。科研工作者已在此方面做了不少的工作。黃佳典等［5］認(rèn)為用鐵合金陽極保護(hù)銅及其合金,從理論上分析是可行的；羅兆紅等［6］的研究表明了幾種鐵基材料具有優(yōu)良的犧牲陽極性能。目前關(guān)于純鐵犧牲陽極保護(hù)銅管材的研究報(bào)道很少,本工作通過電偶腐蝕試驗(yàn)、鐵犧牲陽極試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)測(cè)試了工業(yè)純鐵在模擬海水中對(duì)B10,B30銅合金的保護(hù)性能,希望為純鐵犧牲陽極的研究及應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。試驗(yàn)所用B10、B30銅合金的化學(xué)成分見表1。1.1極化曲線測(cè)試用PARSTAT273電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量B10、B30銅合金及純鐵的自腐蝕電位,電解液為3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaCl溶液。測(cè)試采用三電極體系，輔助電極為石墨電極，參比電極為飽和KCI甘汞電極(SCE)，測(cè)試面積為1cm2。掃描速率為1mV/s,掃描范圍士250mV(相對(duì)開路電位)。鐵犧牲陽極性能試驗(yàn)參照GB/T1748-1999《犧牲陽極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法》，分別選用純鐵和Q235鋼為犧牲陽極材料，將其加工成申16mmx48mm,—端有M3x0.5內(nèi)螺紋、深度8mm的陽極試樣。輔助陰極均采用Q235鋼板，尺寸為200mmx400mm,電量計(jì)采用紫銅，尺寸為100mmx50mmx4mm。將銅線焊接在螺孔處，然后烘干，稱量，陽極試樣兩端用氯化橡膠封端，留出14cm2的工作面積。直流電源采用GPR-3510HD，電流精度10mA，工作采用恒電流方式，電流14mA,每隔24h切斷輸出電流，測(cè)一次陽極的開路電位，參比電極為飽和甘汞電極，試驗(yàn)時(shí)間240h。試驗(yàn)結(jié)束后，清洗氯化橡膠，除銹，烘干，稱量，并觀察腐蝕產(chǎn)物去除前后試樣的表面形貌。電偶腐蝕試驗(yàn)將B10,B30銅合金和純鐵(Fe)加工成尺寸均為100mmx20mmx2mm的試樣，每種材料各6塊試樣。按B10/Fe,B30/Fe,B10/B30進(jìn)行電偶對(duì)配對(duì)。其中，每種材料取2塊試樣作為未偶聯(lián)的對(duì)比試樣。電偶對(duì)陰陽極面積比為1:1,工作面積為30.8cm2。試樣采用線切割加工，表面經(jīng)過360號(hào)、1000號(hào)砂紙打磨后清洗、去污和除油。試驗(yàn)方法參照GB/T15748-1995《船用金屬材料電偶腐蝕試驗(yàn)方法》。將每組電偶對(duì)分別放入一個(gè)容器中,電偶對(duì)焊接的導(dǎo)線用不銹鋼夾具連接在一起,構(gòu)成電偶回路。電偶對(duì)試樣的工作面相對(duì)，距離30mm。試驗(yàn)溶液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%NaCI溶液。試驗(yàn)容器放入恒溫水箱中，控溫35°C。采用CST508多通道電偶腐蝕測(cè)試儀每隔24h測(cè)量各個(gè)電偶對(duì)的電偶電流，并同時(shí)監(jiān)測(cè)未偶聯(lián)試樣的開路電位。試驗(yàn)周期為360h。試驗(yàn)完成后，觀察、記錄腐蝕試樣的形貌，并參照GB/T16545-1996《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》清除試樣上的腐蝕產(chǎn)物后稱量。2.1極化曲線由圖1可知，純鐵的自腐蝕電位為-497mV,電流密度為7.404pA,B10銅合金的自腐蝕電位為-223mV,電流密度為8.430pA,B30銅合金的自腐蝕電位為-202mV,電流密度為0.236pA;B30銅合金具有最高的自腐蝕電位，在陽極極化區(qū)域179-247mV存在明顯的鈍化，B10銅合金和純鐵無鈍化。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同腐蝕因素影響下，B30銅合金的耐蝕性最優(yōu)異，B10銅合金其次，純鐵的耐蝕性最差。所以在B30/Fe、B30/B10電偶對(duì)中,B30銅合金為陰極;在B10/Fe電偶對(duì)中，B10銅合金為陰極。2.2鐵陽極性能開路電位由圖2可以看出,Q235鋼的開路電位整體上比純鐵的略高，且隨時(shí)間的延續(xù),Q235鋼的開路電位穩(wěn)定在-0.66~-0.67V,純鐵的開路電位在前兩天有所波動(dòng)，兩天后趨于穩(wěn)定，保持在-0.72~-0.74V。在試驗(yàn)期間純鐵和Q235鋼在3.5%NaCI溶液中的開路電位穩(wěn)定性符合犧牲陽極指標(biāo)要求。腐蝕形貌試驗(yàn)后，陽極試樣表面布滿紅銹，腐蝕產(chǎn)物容易脫落除去,如圖3所示。除銹后，可以發(fā)現(xiàn)純鐵表面有分布較均勻的腐蝕麻坑，Q235鋼表面腐蝕比較均勻，表面光滑，如圖4所示。Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極，其腐蝕均勻，產(chǎn)物容易除去，均能滿足犧牲陽極材料對(duì)腐蝕均勻性的要求。(a)純鐵(b)Q235鋼圖3陽極試樣未除銹形貌Fig.3Theappearanceofanodesamplesbeforederusting純鐵Q235鋼圖4陽極試樣除銹后形貌Fig.4Theappearanceofanodesamplesafterderusting2.2.3電容量和電流效率電流效率指實(shí)際電容量與理論電容量的百分比，按式(1)進(jìn)行計(jì)算，是評(píng)價(jià)犧牲陽極性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，電流效率越高，輸出電量越大［7］，犧牲陽極性能更好。(1)式中:n為陽極的電流效率；Q，Q0分別為陽極的實(shí)際和理論電容量，分別按式⑵，式(3)進(jìn)行計(jì)算。(2)(3)式中:k為系數(shù)，取843.3Ah/kg;m1,m2分別為試驗(yàn)前后銅電量計(jì)陰極銅片質(zhì)量,g;m3,m4分別為試驗(yàn)前后陽極試樣質(zhì)量,g;wA,wB,wC為陽極成分質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;CA,CB,CC為合金成分的理論電容量Ah/kg。由表2可見，Q235鋼的電流效率達(dá)到了87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到了98.54%，從電流效率而言，兩者都適合做犧牲陽極，但純鐵較Q235鋼的犧牲陽極性能更優(yōu)。表2純鐵和Q235鋼的電容量和電流效率Tab.2ThecapacitanceandcurrentefficiencyofFeandQ235材料實(shí)際電容量/(Ahkg-1)理論電容量/(Ahkg-1)電流效率/%Fe913.70927.1398.54Q235804.33916.4487.762.3電偶腐蝕試驗(yàn)由圖5可見，未偶聯(lián)時(shí)，三種材料的開路電位由高到低分別為B30銅合金、B10銅合金、純鐵，與三種材料的動(dòng)電位極化曲線所得出的結(jié)論相同。在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵和B30銅合金在中性氯化鈉溶液中的開路電位非常穩(wěn)定，B30銅合金的開路電位始終穩(wěn)定在-0.265V附近，純鐵的開路電位在浸泡前兩天出現(xiàn)短暫負(fù)移后穩(wěn)定在-0.730V左右，B30銅合金與純鐵的開路電位差最終穩(wěn)定在0.465V。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵和B10銅合金在中性氯化鈉溶液中開路電位差穩(wěn)定在0.435V附近。在B10/B30電偶對(duì)中，B10銅合金與B30銅合金電位在浸泡的最初幾天出現(xiàn)小幅度負(fù)移后趨于穩(wěn)定，并且B30銅合金的開路電位始終較B10銅合金的高0.02V左右，可知在電偶對(duì)中B10銅合金的開路電位低，充當(dāng)陽極；B30銅合金的開路電位高,充當(dāng)陰極。＞圖5三種材料的開路電位隨時(shí)間的變化曲線Fig.5Therelationshipbetweenopencircuitpotentialandtimeforthreekindsofmaterials由圖6可見，B30/Fe電偶對(duì)與B10/Fe電偶對(duì)的腐蝕電流隨時(shí)間的變化走勢(shì)基本相似，腐蝕電流始終為正值，腐蝕電流在1~6d內(nèi)有較為明顯的波動(dòng)，而后分別穩(wěn)定在0.465mA和0.455mA附近。其原因是在浸泡初期，試樣表面狀態(tài)不穩(wěn)定，所以腐蝕電流相對(duì)較大，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕趨于穩(wěn)定。B30/B10電偶對(duì)的腐蝕電流在偶合前期隨時(shí)間的變化快速減小，并逐步穩(wěn)定在0.045mA附近。圖6三種電偶對(duì)腐蝕電流隨時(shí)間的變化曲線Fig.6Therelationshipbetweencorrosioncurrentandtimeforthreekindsofgalvaniccouple計(jì)算各腐蝕體系的腐蝕質(zhì)量損失及平均腐蝕速率，結(jié)果如表3所示。由表3可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，B30銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，所以在浸泡過程中腐蝕速率非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B30銅合金的13.1%左右。作為陽極的純鐵，其腐蝕速率明顯高于未偶聯(lián)純鐵的，這表明用純鐵作為犧牲陽極，對(duì)B30銅合金有著良好的保護(hù)效果；在B10/Fe電偶對(duì)中,B10銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率也非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B10銅合金的22.7%，陽極純鐵的腐蝕速率根據(jù)陽極腐蝕速率，計(jì)算各電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)Y，如式(4)所示，Y值越大表示電偶腐蝕程度越大［8-9］。表3各電偶對(duì)體系的平均腐蝕速率Tab.3Theaveragecorrosionrateofdifferentcouplesg/(m2?h)B30/FeB30未偶聯(lián)B30Fe未偶聯(lián)Fe0.00550.04170.31290.211B10/FeB10未偶聯(lián)B10Fe未偶聯(lián)Fe0.00390.01430.29580.211B30/B10B10未偶聯(lián)B10B30未偶聯(lián)B300.04170.01430.03050.0417比未偶聯(lián)純鐵的大41.4%。在B10/B30體系中，B30銅合金受B10銅合金的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率減小，其腐蝕速率是未偶聯(lián)B30銅合金的73.14%，而陽極B10銅合金的腐蝕速率比未偶聯(lián)B10銅合金的大192%。(4)式中為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；AmA為偶聯(lián)前陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失;為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕速率；vdepth為偶聯(lián)前陽極材料腐蝕速率。由表4可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其平均腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.33倍，抑制了B30銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.29倍，抑制了B10銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。對(duì)比B30/Fe電偶對(duì)，B10/Fe電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)有所減小，這是由于B30銅合金的開路電位高于B10銅合金的，因此純鐵對(duì)于B30銅合金的保護(hù)效果也更好。B10/B30電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)達(dá)到46.95%，說明在浸泡過程中B30/B10電偶對(duì)存在電偶腐蝕，而電偶腐蝕的存在，會(huì)加劇B1表4各電偶對(duì)的電偶腐蝕結(jié)果Tab.4Thegalvaniccorrosiondataofdifferentcouples陰極陽極電位差/V穩(wěn)定電偶電流密度/mA偶聯(lián)陽極平均腐蝕速率/?m-2?h-1)平均電偶腐蝕速率/?m-2?h-1)電偶腐蝕系數(shù)/%Fe0.4650.470.31290.103633.12B30Fe0.4860.440.29580.086529.24B100.020.010.08860.041646.95銅合金的腐蝕，導(dǎo)致作為犧牲陽極的B10銅合金管材先失效。3結(jié)論⑴B30銅合金的自腐蝕電位高于B10銅合金的，在海洋環(huán)境中B30銅合金比B10銅合金更耐腐蝕，B30、B10銅合金在接觸時(shí)產(chǎn)生電偶腐蝕，會(huì)加劇B10的腐蝕，使其提前失效。⑵Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極都有較低且穩(wěn)定的開路電位，其中Q235鋼的電流效率達(dá)到87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到98%，二者腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落。Q235鋼與純鐵均達(dá)到了犧牲陽極材料的性能要求，且純鐵性能更加優(yōu)異。(3)純鐵做為犧牲陽極對(duì)B30、B10銅合金管材進(jìn)行保護(hù)，具有足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，開路電位與B30、B10銅合金的電位差均在400mV以上。CathodicProtectionofPureIronforB10andB30CopperAlloysinSimulatedMarineEnvironmentMAQi-guo1,2,XIAOWen1,2,CHENSan-xing1,2,ZHOUXue-jie1,2,ZHANGSan-ping1,2(1.WuhanResearchInstituteofMaterialsProtection,Wuhan430030，China;2.StateKeyLaboratoryofSpecialSurfaceProtectionMaterialsandApplicationTechnology,Wuhan430030，China)Abstract：TheelectrochemicalperformancesofB10,B30copperalloysandpureironweretestedinsimulatedmarineenvironment.SacrificialanodeperformancesofpureironweremeasuredbyconstantcurrentexperimentanditsfeasibilityofcathodicprotectionforB10andB30copperalloyswasfurtheranalyzedbygalvaniccorrosionexperiment.TheresultsshowthatthefreecorrosionpotentialofpureironislowerthanthatofB10andB30copperalloys,andpureironhasgoodsacrificialanodeperformance,steadyworkingpotentialandhighcurrentefficiency.Ingalvaniccorrosionexperiment,pureironactsastheanodematerial,itgreatlyinhibitsthecrossionofB10andB30copperalloysandhasapositiveeffectoncathodicprotection.Keywords：B30copperalloy；B10copperalloy；pureiron；sacrificialanode；cathodicprotectionDOI：10.11973/fsyfh-201610003收稿日期：2016-03-15通信作者：馬啟國(guó)(1991-),碩士研究生,從事金屬腐蝕與防護(hù),1521229,中圖分類號(hào)：TG174.41文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-748X(2016)10-0793-042.2.2腐蝕形貌試驗(yàn)后，陽極試樣表面布滿紅銹，腐蝕產(chǎn)物容易脫落除去,如圖3所示。除銹后，可以發(fā)現(xiàn)純鐵表面有分布較均勻的腐蝕麻坑，Q235鋼表面腐蝕比較均勻，表面光滑，如圖4所示。Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極，其腐蝕均勻，產(chǎn)物容易除去，均能滿足犧牲陽極材料對(duì)腐蝕均勻性的要求。2.2.3電容量和電流效率電流效率指實(shí)際電容量與理論電容量的百分比，按式(1)進(jìn)行計(jì)算，是評(píng)價(jià)犧牲陽極性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，電流效率越高，輸出電量越大［7］，犧牲陽極性能更好。(1)式中:n為陽極的電流效率；Q，Q0分別為陽極的實(shí)際和理論電容量，分別按式⑵，式(3)進(jìn)行計(jì)算。(2)(3)式中:k為系數(shù)，取843.3Ah/kg;m1,m2分別為試驗(yàn)前后銅電量計(jì)陰極銅片質(zhì)量,g;m3,m4分別為試驗(yàn)前后陽極試樣質(zhì)量,g;wA,wB,wC為陽極成分質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;CA,CB,CC為合金成分的理論電容量Ah/kg。由表2可見，Q235鋼的電流效率達(dá)到了87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到了98.54%，從電流效率而言，兩者都適合做犧牲陽極，但純鐵較Q235鋼的犧牲陽極性能更優(yōu)。表2純鐵和Q235鋼的電容量和電流效率Tab.2ThecapacitanceandcurrentefficiencyofFeandQ235材料實(shí)際電容量/(Ahkg-1)理論電容量/(Ahkg-1)電流效率/%Fe913.70927.1398.54Q235804.33916.4487.762.3電偶腐蝕試驗(yàn)由圖5可見，未偶聯(lián)時(shí)，三種材料的開路電位由高到低分別為B30銅合金、B10銅合金、純鐵，與三種材料的動(dòng)電位極化曲線所得出的結(jié)論相同。在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵和B30銅合金在中性氯化鈉溶液中的開路電位非常穩(wěn)定，B30銅合金的開路電位始終穩(wěn)定在-0.265V附近，純鐵的開路電位在浸泡前兩天出現(xiàn)短暫負(fù)移后穩(wěn)定在-0.730V左右，B30銅合金與純鐵的開路電位差最終穩(wěn)定在0.465V。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵和B10銅合金在中性氯化鈉溶液中開路電位差穩(wěn)定在0.435V附近。在B10/B30電偶對(duì)中，B10銅合金與B30銅合金電位在浸泡的最初幾天出現(xiàn)小幅度負(fù)移后趨于穩(wěn)定，并且B30銅合金的開路電位始終較B10銅合金的高0.02V左右，可知在電偶對(duì)中B10銅合金的開路電位低，充當(dāng)陽極；B30銅合金的開路電位高,充當(dāng)陰極。＞圖5三種材料的開路電位隨時(shí)間的變化曲線Fig.5Therelationshipbetweenopencircuitpotentialandtimeforthreekindsofmaterials由圖6可見，B30/Fe電偶對(duì)與B10/Fe電偶對(duì)的腐蝕電流隨時(shí)間的變化走勢(shì)基本相似，腐蝕電流始終為正值，腐蝕電流在1~6d內(nèi)有較為明顯的波動(dòng)，而后分別穩(wěn)定在0.465mA和0.455mA附近。其原因是在浸泡初期，試樣表面狀態(tài)不穩(wěn)定，所以腐蝕電流相對(duì)較大，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕趨于穩(wěn)定。B30/B10電偶對(duì)的腐蝕電流在偶合前期隨時(shí)間的變化快速減小，并逐步穩(wěn)定在0.045mA附近。圖6三種電偶對(duì)腐蝕電流隨時(shí)間的變化曲線Fig.6Therelationshipbetweencorrosioncurrentandtimeforthreekindsofgalvaniccouple計(jì)算各腐蝕體系的腐蝕質(zhì)量損失及平均腐蝕速率，結(jié)果如表3所示。由表3可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，B30銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，所以在浸泡過程中腐蝕速率非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B30銅合金的13.1%左右。作為陽極的純鐵，其腐蝕速率明顯高于未偶聯(lián)純鐵的，這表明用純鐵作為犧牲陽極，對(duì)B30銅合金有著良好的保護(hù)效果；在B10/Fe電偶對(duì)中,B10銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率也非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B10銅合金的22.7%，陽極純鐵的腐蝕速率根據(jù)陽極腐蝕速率，計(jì)算各電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)Y，如式(4)所示，Y值越大表示電偶腐蝕程度越大［8-9］。表3各電偶對(duì)體系的平均腐蝕速率Tab.3Theaveragecorrosionrateofdifferentcouplesg/(m2?h)B30/FeB30未偶聯(lián)B30Fe未偶聯(lián)Fe0.00550.04170.31290.211B10/FeB10未偶聯(lián)B10Fe未偶聯(lián)Fe0.00390.01430.29580.211B30/B10B10未偶聯(lián)B10B30未偶聯(lián)B300.04170.01430.03050.0417比未偶聯(lián)純鐵的大41.4%。在B10/B30體系中，B30銅合金受B10銅合金的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率減小，其腐蝕速率是未偶聯(lián)B30銅合金的73.14%，而陽極B10銅合金的腐蝕速率比未偶聯(lián)B10銅合金的大192%。(4)式中為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；AmA為偶聯(lián)前陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失;為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕速率；vdepth為偶聯(lián)前陽極材料腐蝕速率。由表4可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其平均腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.33倍，抑制了B30銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.29倍，抑制了B10銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。對(duì)比B30/Fe電偶對(duì)，B10/Fe電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)有所減小，這是由于B30銅合金的開路電位高于B10銅合金的，因此純鐵對(duì)于B30銅合金的保護(hù)效果也更好。B10/B30電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)達(dá)到46.95%，說明在浸泡過程中B30/B10電偶對(duì)存在電偶腐蝕，而電偶腐蝕的存在，會(huì)加劇B1表4各電偶對(duì)的電偶腐蝕結(jié)果Tab.4Thegalvaniccorrosiondataofdifferentcouples陰極陽極電位差/V穩(wěn)定電偶電流密度/mA偶聯(lián)陽極平均腐蝕速率/?m-2?h-1)平均電偶腐蝕速率/?m-2?h-1)電偶腐蝕系數(shù)/%Fe0.4650.470.31290.103633.12B30Fe0.4860.440.29580.086529.24B100.020.010.08860.041646.95銅合金的腐蝕，導(dǎo)致作為犧牲陽極的B10銅合金管材先失效。3結(jié)論⑴B30銅合金的自腐蝕電位高于B10銅合金的，在海洋環(huán)境中B30銅合金比B10銅合金更耐腐蝕，B30、B10銅合金在接觸時(shí)產(chǎn)生電偶腐蝕，會(huì)加劇B10的腐蝕，使其提前失效。⑵Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極都有較低且穩(wěn)定的開路電位，其中Q235鋼的電流效率達(dá)到87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到98%，二者腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落。Q235鋼與純鐵均達(dá)到了犧牲陽極材料的性能要求，且純鐵性能更加優(yōu)異。(3)純鐵做為犧牲陽極對(duì)B30、B10銅合金管材進(jìn)行保護(hù)，具有足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，開路電位與B30、B10銅合金的電位差均在400mV以上。CathodicProtectionofPureIronforB10andB30CopperAlloysinSimulatedMarineEnvironmentMAQi-guo1,2,XIAOWen1,2,CHENSan-xing1,2,ZHOUXue-jie1,2,ZHANGSan-ping1,2(1.WuhanResearchInstituteofMaterialsProtection,Wuhan430030，China;2.StateKeyLaboratoryofSpecialSurfaceProtectionMaterialsandApplicationTechnology,Wuhan430030，China)Abstract：TheelectrochemicalperformancesofB10,B30copperalloysandpureironweretestedinsimulatedmarineenvironment.SacrificialanodeperformancesofpureironweremeasuredbyconstantcurrentexperimentanditsfeasibilityofcathodicprotectionforB10andB30copperalloyswasfurtheranalyzedbygalvaniccorrosionexperiment.TheresultsshowthatthefreecorrosionpotentialofpureironislowerthanthatofB10andB30copperalloys,andpureironhasgoodsacrificialanodeperformance,steadyworkingpotentialandhighcurrentefficiency.Ingalvaniccorrosionexperiment,pureironactsastheanodematerial,itgreatlyinhibitsthecrossionofB10andB30copperalloysandhasapositiveeffectoncathodicprotection.Keywords：B30copperalloy；B10copperalloy；pureiron；sacrificialanode；cathodicprotectionDOI：10.11973/fsyfh-201610003收稿日期：2016-03-15通信作者：馬啟國(guó)(1991-),碩士研究生,從事金屬腐蝕與防護(hù),1521229,中圖分類號(hào)：TG174.41文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-748X(2016)10-0793-04電容量和電流效率電流效率指實(shí)際電容量與理論電容量的百分比，按式(1)進(jìn)行計(jì)算，是評(píng)價(jià)犧牲陽極性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，電流效率越高，輸出電量越大［7］，犧牲陽極性能更好。式中:n為陽極的電流效率；Q，Q0分別為陽極的實(shí)際和理論電容量，分別按式⑵，式(3)進(jìn)行計(jì)算。式中:k為系數(shù)，取843.3Ah/kg;m1,m2分別為試驗(yàn)前后銅電量計(jì)陰極銅片質(zhì)量,g;m3,m4分別為試驗(yàn)前后陽極試樣質(zhì)量,g;wA,wB,wC為陽極成分質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;CA,CB,CC為合金成分的理論電容量Ah/kg。由表2可見，Q235鋼的電流效率達(dá)到了87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到了98.54%，從電流效率而言，兩者都適合做犧牲陽極，但純鐵較Q235鋼的犧牲陽極性能更優(yōu)。電偶腐蝕試驗(yàn)由圖5可見，未偶聯(lián)時(shí)，三種材料的開路電位由高到低分別為B30銅合金、B10銅合金、純鐵，與三種材料的動(dòng)電位極化曲線所得出的結(jié)論相同。在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵和B30銅合金在中性氯化鈉溶液中的開路電位非常穩(wěn)定，B30銅合金的開路電位始終穩(wěn)定在-0.265V附近，純鐵的開路電位在浸泡前兩天出現(xiàn)短暫負(fù)移后穩(wěn)定在-0.730V左右，B30銅合金與純鐵的開路電位差最終穩(wěn)定在0.465V。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵和B10銅合金在中性氯化鈉溶液中開路電位差穩(wěn)定在0.435V附近。在B10/B30電偶對(duì)中，B10銅合金與B30銅合金電位在浸泡的最初幾天出現(xiàn)小幅度負(fù)移后趨于穩(wěn)定，并且B30銅合金的開路電位始終較B10銅合金的高0.02V左右，可知在電偶對(duì)中B10銅合金的開路電位低，充當(dāng)陽極；B30銅合金的開路電位高,充當(dāng)陰極。＞由圖6可見，B30/Fe電偶對(duì)與B10/Fe電偶對(duì)的腐蝕電流隨時(shí)間的變化走勢(shì)基本相似，腐蝕電流始終為正值，腐蝕電流在1~6d內(nèi)有較為明顯的波動(dòng)，而后分別穩(wěn)定在0.465mA和0.455mA附近。其原因是在浸泡初期，試樣表面狀態(tài)不穩(wěn)定，所以腐蝕電流相對(duì)較大，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕趨于穩(wěn)定。B30/B10電偶對(duì)的腐蝕電流在偶合前期隨時(shí)間的變化快速減小，并逐步穩(wěn)定在0.045mA附近。圖6三種電偶對(duì)腐蝕電流隨時(shí)間的變化曲線Fig.6Therelationshipbetweencorrosioncurrentandtimeforthreekindsofgalvaniccouple計(jì)算各腐蝕體系的腐蝕質(zhì)量損失及平均腐蝕速率，結(jié)果如表3所示。由表3可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，B30銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，所以在浸泡過程中腐蝕速率非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B30銅合金的13.1%左右。作為陽極的純鐵，其腐蝕速率明顯高于未偶聯(lián)純鐵的，這表明用純鐵作為犧牲陽極，對(duì)B30銅合金有著良好的保護(hù)效果；在B10/Fe電偶對(duì)中,B10銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率也非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B10銅合金的22.7%，陽極純鐵的腐蝕速率根據(jù)陽極腐蝕速率，計(jì)算各電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)Y，如式(4)所示，Y值越大表示電偶腐蝕程度越大［8-9］。表3各電偶對(duì)體系的平均腐蝕速率Tab.3Theaveragecorrosionrateofdifferentcouplesg/(m2?h)B30/FeB30未偶聯(lián)B30Fe未偶聯(lián)Fe0.00550.04170.31290.211B10/FeB10未偶聯(lián)B10Fe未偶聯(lián)Fe0.00390.01430.29580.211B30/B10B10未偶聯(lián)B10B30未偶聯(lián)B300.04170.01430.03050.0417比未偶聯(lián)純鐵的大41.4%。在B10/B30體系中，B30銅合金受B10銅合金的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率減小，其腐蝕速率是未偶聯(lián)B30銅合金的73.14%，而陽極B10銅合金的腐蝕速率比未偶聯(lián)B10銅合金的大192%。(4)式中為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；AmA為偶聯(lián)前陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕速率；vdepth為偶聯(lián)前陽極材料腐蝕速率。由表4可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其平均腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.33倍，抑制了B30銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.29倍，抑制了B10銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。對(duì)比B30/Fe電偶對(duì)，B10/Fe電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)有所減小，這是由于B30銅合金的開路電位高于B10銅合金的，因此純鐵對(duì)于B30銅合金的保護(hù)效果也更好。B10/B30電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)達(dá)到46.95%，說明在浸泡過程中B30/B10電偶對(duì)存在電偶腐蝕，而電偶腐蝕的存在，會(huì)加劇B1表4各電偶對(duì)的電偶腐蝕結(jié)果Tab.4Thegalvaniccorrosiondataofdifferentcouples陰極陽極電位差/V穩(wěn)定電偶電流密度/mA偶聯(lián)陽極平均腐蝕速率/?m-2?h-1)平均電偶腐蝕速率/?m-2?h-1)電偶腐蝕系數(shù)/%Fe0.4650.470.31290.103633.12B30Fe0.4860.440.29580.086529.24B100.020.010.08860.041646.95銅合金的腐蝕，導(dǎo)致作為犧牲陽極的B10銅合金管材先失效。3結(jié)論⑴B30銅合金的自腐蝕電位高于B10銅合金的，在海洋環(huán)境中B30銅合金比B10銅合金更耐腐蝕，B30、B10銅合金在接觸時(shí)產(chǎn)生電偶腐蝕，會(huì)加劇B10的腐蝕，使其提前失效。⑵Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極都有較低且穩(wěn)定的開路電位，其中Q235鋼的電流效率達(dá)到87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到98%，二者腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落。Q235鋼與純鐵均達(dá)到了犧牲陽極材料的性能要求，且純鐵性能更加優(yōu)異。(3)純鐵做為犧牲陽極對(duì)B30、B10銅合金管材進(jìn)行保護(hù)，具有足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，開路電位與B30、B10銅合金的電位差均在400mV以上。CathodicProtectionofPureIronforB10andB30CopperAlloysinSimulatedMarineEnvironmentMAQi-guo1,2,XIAOWen1,2,CHENSan-xing1,2,ZHOUXue-jie1,2,ZHANGSan-ping1,2(1.WuhanResearchInstituteofMaterialsProtection,Wuhan430030，China;2.StateKeyLaboratoryofSpecialSurfaceProtectionMaterialsandApplicationTechnology,Wuhan430030，China)Abstract：TheelectrochemicalperformancesofB10,B30copperalloysandpureironweretestedinsimulatedmarineenvironment.SacrificialanodeperformancesofpureironweremeasuredbyconstantcurrentexperimentanditsfeasibilityofcathodicprotectionforB10andB30copperalloyswasfurtheranalyzedbygalvaniccorrosionexperiment.TheresultsshowthatthefreecorrosionpotentialofpureironislowerthanthatofB10andB30copperalloys,andpureironhasgoodsacrificialanodeperformance,steadyworkingpotentialandhighcurrentefficiency.Ingalvaniccorrosionexperiment,pureironactsastheanodematerial,itgreatlyinhibitsthecrossionofB10andB30copperalloysandhasapositiveeffectoncathodicprotection.Keywords：B30copperalloy；B10copperalloy；pureiron；sacrificialanode；cathodicprotectionDOI：10.11973/fsyfh-201610003收稿日期：2016-03-15通信作者：馬啟國(guó)(1991-),碩士研究生,從事金屬腐蝕與防護(hù),1521229,中圖分類號(hào)：TG174.41文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-748X(2016)10-0793-04由圖6可見，B30/Fe電偶對(duì)與B10/Fe電偶對(duì)的腐蝕電流隨時(shí)間的變化走勢(shì)基本相似，腐蝕電流始終為正值，腐蝕電流在1~6d內(nèi)有較為明顯的波動(dòng)，而后分別穩(wěn)定在0.465mA和0.455mA附近。其原因是在浸泡初期，試樣表面狀態(tài)不穩(wěn)定，所以腐蝕電流相對(duì)較大，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕趨于穩(wěn)定。B30/B10電偶對(duì)的腐蝕電流在偶合前期隨時(shí)間的變化快速減小，并逐步穩(wěn)定在0.045mA附近。計(jì)算各腐蝕體系的腐蝕質(zhì)量損失及平均腐蝕速率，結(jié)果如表3所示。由表3可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，B30銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，所以在浸泡過程中腐蝕速率非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B30銅合金的13.1%左右。作為陽極的純鐵，其腐蝕速率明顯高于未偶聯(lián)純鐵的，這表明用純鐵作為犧牲陽極，對(duì)B30銅合金有著良好的保護(hù)效果；在B10/Fe電偶對(duì)中,B10銅合金受純鐵的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率也非常小，其腐蝕速率僅是未偶聯(lián)B10銅合金的22.7%，陽極純鐵的腐蝕速率根據(jù)陽極腐蝕速率，計(jì)算各電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)Y，如式⑷所示，Y值越大表示電偶腐蝕程度越大［8-9］。比未偶聯(lián)純鐵的大41.4%。在B10/B30體系中，B30銅合金受B10銅合金的陰極保護(hù)，在浸泡過程中腐蝕速率減小，其腐蝕速率是未偶聯(lián)B30銅合金的73.14%，而陽極B10銅合金的腐蝕速率比未偶聯(lián)B10銅合金的大192%。(4)式中為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；AmA為偶聯(lián)前陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕速率；vdepth為偶聯(lián)前陽極材料腐蝕速率。由表4可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其平均腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.33倍，抑制了B30銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.29倍，抑制了B10銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。對(duì)比B30/Fe電偶對(duì)，B10/Fe電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)有所減小，這是由于B30銅合金的開路電位高于B10銅合金的，因此純鐵對(duì)于B30銅合金的保護(hù)效果也更好。B10/B30電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)達(dá)到46.95%，說明在浸泡過程中B30/B10電偶對(duì)存在電偶腐蝕，而電偶腐蝕的存在，會(huì)加劇B1表4各電偶對(duì)的電偶腐蝕結(jié)果Tab.4Thegalvaniccorrosiondataofdifferentcouples陰極陽極電位差/V穩(wěn)定電偶電流密度/mA偶聯(lián)陽極平均腐蝕速率/?m-2?h-1)平均電偶腐蝕速率/?m-2?h-1)電偶腐蝕系數(shù)/%Fe0.4650.470.31290.103633.12B30Fe0.4860.440.29580.086529.24B100.020.010.08860.041646.95銅合金的腐蝕，導(dǎo)致作為犧牲陽極的B10銅合金管材先失效。3結(jié)論⑴B30銅合金的自腐蝕電位高于B10銅合金的，在海洋環(huán)境中B30銅合金比B10銅合金更耐腐蝕，B30、B10銅合金在接觸時(shí)產(chǎn)生電偶腐蝕，會(huì)加劇B10的腐蝕，使其提前失效。⑵Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極都有較低且穩(wěn)定的開路電位，其中Q235鋼的電流效率達(dá)到87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到98%，二者腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落。Q235鋼與純鐵均達(dá)到了犧牲陽極材料的性能要求，且純鐵性能更加優(yōu)異。(3)純鐵做為犧牲陽極對(duì)B30、B10銅合金管材進(jìn)行保護(hù)，具有足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，開路電位與B30、B10銅合金的電位差均在400mV以上。CathodicProtectionofPureIronforB10andB30CopperAlloysinSimulatedMarineEnvironmentMAQi-guo1,2,XIAOWen1,2,CHENSan-xing1,2,ZHOUXue-jie1,2,ZHANGSan-ping1,2(1.WuhanResearchInstituteofMaterialsProtection,Wuhan430030，China;2.StateKeyLaboratoryofSpecialSurfaceProtectionMaterialsandApplicationTechnology,Wuhan430030，China)Abstract：TheelectrochemicalperformancesofB10,B30copperalloysandpureironweretestedinsimulatedmarineenvironment.SacrificialanodeperformancesofpureironweremeasuredbyconstantcurrentexperimentanditsfeasibilityofcathodicprotectionforB10andB30copperalloyswasfurtheranalyzedbygalvaniccorrosionexperiment.TheresultsshowthatthefreecorrosionpotentialofpureironislowerthanthatofB10andB30copperalloys,andpureironhasgoodsacrificialanodeperformance,steadyworkingpotentialandhighcurrentefficiency.Ingalvaniccorrosionexperiment,pureironactsastheanodematerial,itgreatlyinhibitsthecrossionofB10andB30copperalloysandhasapositiveeffectoncathodicprotection.Keywords：B30copperalloy；B10copperalloy；pureiron；sacrificialanode；cathodicprotectionDOI：10.11973/fsyfh-201610003收稿日期：2016-03-15通信作者：馬啟國(guó)(1991-),碩士研究生,從事金屬腐蝕與防護(hù),1521229,中圖分類號(hào)：TG174.41文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-748X(2016)10-0793-04式中為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失；AmA為偶聯(lián)前陽極材料的腐蝕質(zhì)量損失;為偶聯(lián)后陽極材料的腐蝕速率；vdepth為偶聯(lián)前陽極材料腐蝕速率。由表4可見，在B30/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其平均腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.33倍，抑制了B30銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。在B10/Fe電偶對(duì)中，純鐵做為犧牲陽極加速了自身腐蝕，其腐蝕速率是未偶聯(lián)時(shí)的1.29倍，抑制了B10銅合金的腐蝕，起到了陰極保護(hù)作用。對(duì)比B30/Fe電偶對(duì)，B10/Fe電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)有所減小，這是由于B30銅合金的開路電位高于B10銅合金的，因此純鐵對(duì)于B30銅合金的保護(hù)效果也更好。B10/B30電偶對(duì)的電偶腐蝕系數(shù)達(dá)到46.95%，說明在浸泡過程中B30/B10電偶對(duì)存在電偶腐蝕，而電偶腐蝕的存在，會(huì)加劇B1銅合金的腐蝕，導(dǎo)致作為犧牲陽極的B10銅合金管材先失效。3結(jié)論⑴B30銅合金的自腐蝕電位高于B10銅合金的，在海洋環(huán)境中B30銅合金比B10銅合金更耐腐蝕，B30、B10銅合金在接觸時(shí)產(chǎn)生電偶腐蝕，會(huì)加劇B10的腐蝕，使其提前失效。⑵Q235鋼與純鐵做為犧牲陽極都有較低且穩(wěn)定的開路電位，其中Q235鋼的電流效率達(dá)到87.76%，純鐵的電流效率達(dá)到98%，二者腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落。Q235鋼與純鐵均達(dá)到了犧牲陽極材料的性能要求，且純鐵性能更加優(yōu)異。(3)純鐵做為犧牲陽極對(duì)B30、B10銅合金管材進(jìn)行保護(hù)，具有足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，開路電位與B30、B10銅合金的電位差均在400mV以上。CathodicProtectionofPureIronforB10andB30CopperAlloysinSimulatedMarineEnvironmentMAQi-guo1,2,XIAOWen1,2,CHENSan-xing1,2