316L不锈钢在含盐水溶液中的电化学特征

摘要：本文主要在对316L不锈钢的特性进行简单描述的基础上，通过实验对316L不锈钢在不同浓度含盐水溶液中的电化学特征进行了分析，分析结果表明NaCl浓度的变化对样本的阴极过程影响较小，而阳极过程影响较大；随着NaCl浓度的上升，316L不锈钢的击破电位下降，而维钝电流密度上升。

关键词：316L不锈钢 含盐水溶液 击破电位 维钝电流

电化学腐蚀是生活中最为常见的腐蚀现象，同时电化学保护技术也是材料防腐蚀方法中常用的技术之一。316L不锈钢是316种钢的超低碳型，具有更强的耐间晶腐蚀。因此在硫酸生产、纯碱生产、尿素生产、磷酸生产等领域都有非常广泛的应用。

1、316L不锈钢简介

316L不锈钢，具有较好的耐腐蚀性能，与碳钢相比，316L不锈钢的均匀腐蚀速度很低，但是在溶液中，容易产生缝隙腐蚀和点腐蚀，对管道和容器造成很大的危害，严重时，甚至可能会导致设备穿孔。因此在含盐溶液环境下的316L不锈钢的应用，特别需要注意电腐蚀的发生。

文献[1]表明，在0.4%的Nacl溶液中，316L不锈钢的电腐蚀电位与温度之间呈现一定的线性关系：温度每上升10℃，则电腐蚀电位下降30mV左右。文献[2]认为是影响316L点腐蚀的主要原因之一，通过对316L不锈钢在循环冷却含盐溶液中腐蚀情况的观察，认为随着Cl-浓度的升高，电腐蚀的击破单位下降，本文主要在前人研究的基础上，分析316L不锈钢在不同浓度的含盐水溶液中的电化学特征。

2、实验方法

2.1 测试溶液

为了方便的对316L不锈钢在不同浓度的含盐溶液下的电化学特性，本文主要采用0.05M/L、0.1M/L、0.15M/L、0.2M/L四种浓度的NaCl溶液，每种溶液均采用蒸馏水配置。

2.2 样品制备

在经过1050℃的烘烤两个小时候后，经过固溶处理，并且在蒸馏水中淬火冷却，所得到的式样组织为典型的奥氏体组织，晶粒组织均匀，未发现其它缺陷或者杂质。将样品切割成10mm×10mm×10mm的小块后，用环氧树脂封装，并且保留其中一个面（称之为工作面，面积为1cm2）来测量其电化学特征，依次使用水砂纸和1000#砂纸对工作面进行打磨，最后使用丙酮超声波将工作面清洗后吹干备用。

2.3 电化学测量方法

为了了解316L不锈钢在含盐水溶液中的电化学特征，试验主要采用如下的方法来对316L不锈钢的电化学特征进行测验。

2.3.1 动电位极化曲线

采用Autolab电化学测试系统，样本作为工作电极、饱和甘汞电极作为残壁电极，铂电极作为对电极。在将样本工作电极侵入含盐溶液之后，通过恒电位阴极极化的方法去掉样本的表面氧化物。进行极化曲线测量时，极限曲线的测试温度恒定为30±1℃，扫描范围为-0.25-1.6V，扫描的速度为0.333mV/s。

2.3.2 击破电位

T.Shibata证明击破电位与动电位计划曲线的扫描速度直接相关，并且具有如下的关系：

E’pit=（a·v）0.5+Ecrit （1）

其中，a为常数，v表示扫描速度，Ecrit为真正的击破电位， E’pit表示在不同扫描速度下，样本的击破电位，从公式（1）可以看出，击破电位与扫描速度的平方根成正比线性关系，而且当扫描速度为零时，样本的击破电位为真正的击破电位。

在本实验中，分别采用5mV/S、3mV/S、1mV/S对不同浓度条件下的动电位计划曲线进行测量，并且在每种扫描速度下都进行20次的测量。

2.3.3 维钝电流密度

选用钝化区内某电位（0.14VSCE）对316L不锈钢施加两分钟的恒电位计划测定i-t曲线，在电力基本达到稳定之后，测量此时的电流密度，即为维钝电流密度。在四种不同的含盐水溶液浓度下，分别各自测试20次i-t曲线。

（4）Mott-Schottky曲线

在样本测验的极化曲线上选定其敦化电位区间，并且在这个区间中取定六个钝化电位。样本在-1V的电流下计划1min之后，分别在这六个选定的钝化点位上，极化30min。并且测量样本的Mott-schottky曲线，其中激励信号的频率为1kHz，振幅为5mV的正弦波，扫描速度为20mV/S。

3、实验结果及分析

3.1动电位极化曲线分析

316L不锈钢样本在不同浓度含盐水溶液的动电位极化曲线如图1所示。

图1 样本在不同浓度含盐水溶液中的动电位极化曲线

从图1可以看出，样本在不同浓度含盐水溶液中的阳极部分变动较大，而阴极部分基本不变。表明，浓度的变化对样本的阴极过程影响较小，而阳极过程影响较大。四条曲线均有三个阴极和阳极Evans线的三个分布在钝化区、过渡区和活化区的交点（即腐蚀电位）。

3.2 击破电位分析

316L不锈钢的点蚀，从本质上来看，也是一种随机的现象，因此可以通过随机分析的方法来确定样本的击破电位。同时，从前面的分析可以看出杨宝根的击破电位与电位扫描速度的平方根线性相关。借助线性外推法，当扫描速度为0时，就可以得到样本的点蚀电位真实值。在本文测试中，分别采用1mV/S、3mV/s和5mV/s三种扫描速度对四种不同浓度的含盐水溶液进行12次测量，其测量结果如图2所示。

图2击破电位测试随机分析

其中（a）、（b）、（c）、（d）分别表示，1mV/S、3mV/s和5mV/s三种扫描速度对样本在0.05M/L、0.1M/L、0.15M/L、0.2M/L四种浓度的NaCl溶液所进行12次测量结果。

从前面的分析可以看出，击破电位与扫描速度的平方根成正比，从而通过线性拟合，求的在扫描速度为0时样本的真实击破电位如图3所示。

图3 样本在不同浓度含盐水溶液的击破电位

从图3可以看出，316L不锈钢在0.05M/L、0.1M/L、0.15M/L、0.2M/L四种浓度的NaCl溶液中的击破电位分别为857mV、671mV、596mV和387mV呈随含盐浓度上升，击破电位逐渐降低的趋势。

3.3 维钝电流密度分析

对四种不同含盐浓度水溶液进行20次测量，并且将这些测量结果采用统计分析的方法进行统计的结果如图4所示。在图4中，积累概率为0.5时，所对应的维钝电流密度就是不同浓度含盐水溶液的真实维钝电流密度。

综合维钝电流密度和击破电位的分析，可以看出，随着含盐水溶液浓度的上身，维钝电流密度逐渐上身，而击破电位逐渐降低。

4、总结

从本文对316不锈钢在含盐水溶液中的电化学特征的研究表明，NaCl浓度的变化对样本的阴极过程影响较小，而阳极过程影响较大。同时，从整体来看，在不同浓度的含盐水溶液中，316L不锈钢会受到竞争性西湖机制的控制，随着含盐浓度的上升，使得更多的Cl-被吸附到316L不锈钢的表面，从而导致316L不锈钢的击破电位随着NaCl浓度的上升而下降；维钝电流密度随着NaCl浓度的上升而上升。

参考文献：

[1]曲秀华，许淳淳，吕国诚，程海东.低硬度循环冷却水中Cl-、及水处理剂对 304 不锈钢腐蚀行为的影响[J].中国腐蚀与防护学报，2009，29（3）：187～190.

[2]吴玮巍，蒋益明，廖家兴.Cl-对304、316 不锈钢临界点蚀温度的影响[J].腐蚀科学与防护技术，2007，27（1）：16～19.