316L不锈钢纤维在盐酸介质中的腐蚀.pdf

第6 2 卷第2 期 2010 年5 月 有色金属 N o n f e r f o u sM e t a l s V 0 1 ．6 2 ．N o ．2 M a v2010 31 6 L 不锈钢纤维在盐酸介质中的腐蚀 孙世清，张新微 河北科技大学材料科学与工程学院，石家庄0 5 0 0 18 摘要利用失重法研究3 1 6 L 不锈钢纤维在盐酸介质中的腐蚀情况．探讨盐酸的浓度、温度对腐蚀速率的影响。用扫描电 镜对浓度为5 m o L ／L ，温度为4 0 ．5 0 ，6 0 。C 下的盐酸腐蚀纤维形貌进行观察，同时用能谱仪对成分进行分析。结果表明，无论是升高 温度还是增大浓度都导致纤维腐蚀速率增大。腐蚀过程中由于碳化物颗粒的掉落使点蚀坑的数量不断增加。镍由于盐酸强烈的 腐蚀作用在各种情况下均明显减少，铬由于其较好的耐蚀性含量仅在小范围内波动。 关键词金属材料；不锈钢纤维；腐蚀速率；盐酸；点蚀；形貌；成分 中图分类号T G1 7 4 ．3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 2 0 0 5 3 0 3 在盐酸介质中，随介质温度升高和浓度增加时， 不锈钢的腐蚀速率明显增大，其中卤素离子的存在 是加速腐蚀的主要因素。研究表明，在高温高浓度 的盐酸溶液中，氯离子会引起不锈钢的点蚀及应力 腐蚀开裂等严重的破坏作用。点蚀是不锈钢最常见 的腐蚀形式之一，已有的研究主要涉及点蚀机理、影 响因素及作用机理、防护措施及缓蚀剂、评价方法及 标准等方面u 1 ，采用的研究手段大多为静态浸泡和 动电位极化曲线扫描方法旧- 。研究中，采用失重法 与扫描电镜和能谱相结合的方法对3 1 6 L 不锈钢纤 维的腐蚀情况进行研究。 三 ； ； 姜 彝 要 龌 时间I m i n 图I盐酸温度对腐蚀速率影晌 F i g ．1 E f f e c t so ft e m p e r a t u r eo fh y d r o c h l o r i ca c i d o nc o r r o s i o nr a t e 收稿日期2 0 0 8 一o l 1 8 基金项目河北省教育厅博士科研基金项目 B 2 0 0 4 2 0 2 作者简介孙世清 1 9 6 5 一 ，男，河北衡水市人，教授，主要从事金 属纤维等方面的研究。 1实验方法 利用失重法评价3 1 6 L 不锈钢纤维在盐酸中的 腐蚀速率，研究盐酸浓度 1 ～6 m o l ／L 、温度 4 0 ， 5 0 ，6 0 。C 对腐蚀速率的影响。之后用扫描电镜观 察腐蚀样品 浓度为5 m o l ／L 下腐蚀1 h 的样品a 4 0 。C ，b 5 0 。C ，c 6 0 。C 的形貌变化，并同时用 能谱仪对腐蚀样品进行面扫和点扫，分析其成分 F e ，c r ，N i ，M o 的变化，并探讨其原因。 f 上 ● ■ g U ● g 瓣 蚓 锺 墼 时问／r a i n 图2 盐酸浓度对腐蚀速率的影响 F i g ．2 E f f e c t so fc o n c e n t r a t i o no fh y d r o c h l o r i c a c i dO Nc o r r o s i o nr a t e 2 试验结果与讨论 2 ．1 盐酸温度和浓度对腐蚀速率的影响 图1 是3 1 6 L 不锈钢纤维在浓度为5 m o l ／L 不同 温度的盐酸中的腐蚀速率。图2 为3 1 6 L 不锈钢纤 维4 0 c c 时在不同浓度盐酸介质中的腐蚀速率。 从图l 和图2 可以看出，无论是温度上升还是 浓度增大，腐蚀速率均增大，且温度越高浓度越大腐 万方数据 有色金属第6 2 卷 蚀速率的增加愈快。这是因为C l 一虽然没有直接参 加反应，但能明显加速腐蚀速率。c l 一易变形，产生 离子极化，极化后的离子具有较高的极性和穿透性 能，从而在金属表面上有较高的吸附率，强烈地进行 电子交换反应，并且盐酸浓度较大时，这种作用超过 了活性表面变化对反应速率的影响p 。。不锈钢纤 维在非氧化性酸的盐酸中，随着浓度增加，作为活化 质点的氢离子增加。- 。不锈钢纤维在盐酸中不发 生钝化，致使其更易受到腐蚀。 2 ．2 腐蚀样品的形貌及成分变化 图3 为3 1 6 L 不锈钢纤维原始态的形貌，观察原 始态3 1 6 L 不锈钢纤维的组织形貌可以看出，纤维表 面有微小的凸起，这是纤维化加工过程中产生的碳 化物，主要是C r ，C 。，以颗粒形式存在∞。。。这种在 中间热处理过程中内部发生的碳化物的析出所产生 的颗粒，在拉伸过程中随着纤维的减径被带到表面 或近表面“ 1 。原始态样品表面面扫成分为F e 6 8 ．9 4 ％，C r1 7 ．4 4 ％，N i9 ．5 7 ％，M o2 ．0 0 ％。 图33 1 6 L 不锈钢纤维原始态 3 ．5 k 的形貌 F i g ．1O r i g i n a lm o r p h o l o g y 3 ．5 k o f3 1 6 L s t a i n l e s ss t e e lf i b r e 纤维的耐蚀性是因为其表面生成的钝化膜，钝 化膜主要组成元素为C r ，F e ，N i ，它们在膜中分别以 C r 0 ，，F e O ，N i O 存在㈨。C r 2 0 3 ，F e O ，N i O 作为钝化 膜的主要成分，能起到保护层的作用，但在盐酸中都 是可溶的。 a 一4 0 ℃； b 一5 0 ℃； c 一6 0 ℃ 图4 腐蚀样品的形貌 F i g ．4M o r p h o l o g y 3 k o fc o r r o s i v es a m p l e s 图4 为腐蚀样品的形貌。从图3 和图4 的比较 中可以看到，腐蚀过程中纤维最明显的变化是表面 凸起的减少以及点蚀坑的增加，这主要是由C l 。对钝 化膜的点蚀造成的。因为在纤维表面上的碳化物区 域发生了原电池反应，碳化物颗粒作为阴极，而颗粒 周围物质作为阳极首先被腐蚀，并且腐蚀沿颗粒周 围逐渐深入，直至颗粒掉落出现图示的腐蚀坑。 从表1 一表3 可以发现，铬含量也仅是在小范 围内波动，说明铬在盐酸中的耐蚀性较好，而镍则由 于盐酸对其作用十分强烈0 ‘，含量在各种情况下都 明显减少，由腐蚀过程中溶液变为绿色可知镍与氯 离子反应生成了N i C l 6 H O 。钼与非氧化的盐酸 是不发生反应的，故表格中所反映的钼含量的变化 是在纤维生产过程中成分的不均造成的。此外，由 样品a 和样品b 中凸起部位铁含量的减少可以判断 凸起部位铁腐蚀严重。在腐蚀过程中，点蚀坑的增 加表明在凸起部位腐蚀较其他地方腐蚀严重。 表l 腐蚀后样品的表面面扫成分 T a b l e1S u r f a c ec o m p o n e n t so fc o r r o s i v es a m p l e s 万方数据 第2 期孙世清等3 1 6 L 不锈钢纤维在盐酸介质中的腐蚀 5 5 表2腐蚀后样品上凸起的成分 3结论 T a b l e2C o m p o n e n to fe n a t i o no nc o r r o s i v es a m p l e s 。⋯ 表3 腐蚀后样品上点蚀坑的成分 T a b l e3C o m p o n e n to fp i t t i n gc o r r o s i v eh o l ei n c o r r o s i v es a m p l e s 参考文献 在盐酸介质中，无论是升高温度还是增大浓度 都导致3 1 6 L 不锈钢纤维腐蚀速率增大。通过扫描 电镜观察可以发现点蚀坑的数量不断增加，主要是 由于c l 。加剧腐蚀的造成的。能谱仪成分分析表 明，镍由于盐酸的强烈作用在各种情况下均明显减 少，铬由于其较好的耐蚀性含量仅是在小范围内波 动。 [ 1 ] 吴玮巍，蒋益明，廖家兴，等．C l 离子对3 0 4 、3 1 6 不锈钢临界点蚀温度的影响[ J ] ．腐蚀科学与防护技术，2 0 0 7 ，1 9 1 1 6 1 9 ． [ 2 ] 桂立丰，吴民达，赵源，等．机械工程材料测试手册[ M ] ．沈阳辽宁科学技术出版社，2 0 0 2 1 9 4 ． [ 3 ] 李春杰．盐酸腐蚀低碳钢的动力学研究[ J ] ．大庆石油学院学报，1 9 9 9 ，2 3 3 2 8 3 0 ． [ 4 ] 张勤，肖 怀．介质性质对金属材料电化学腐蚀的影响[ J ] ．吉林化工学院学报，2 0 0 6 ，2 3 1 4 4 4 6 ． [ 5 ] 陈庆，时黎霞，腾玉华．介质的成分、浓度和温度对金属材料电化学腐蚀的影响[ J ] ．吉林化工学院学报，2 0 0 0 ，1 7 1 6 3 6 5 ． [ 6 ] 顾守仁，周有德．不锈钢手册[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 8 7 1 4 3 ． [ 7 ] 赵立伟，何秀军，李青松．碳化铬粉的研制与生成[ J ] ．铁合金，2 0 0 5 ，1 8 0 1 2 6 2 9 ． [ 8 ] 杨照玲，李建平，奚正平，等．超细不锈钢纤维的制备和性能[ J ] ．稀有金属材料与工程，2 0 0 3 ，3 2 9 7 4 8 7 5 1 ． [ 9 ] 汪轩义，吴荫顺，张琳，等．3 1 6 L 不锈钢钝化膜在c l 一介质中的耐蚀机制[ J ] ．腐蚀科学与防护技术，2 0 0 0 ，1 2 6 3 1 l 一3 1 4 ． [ 1 0 ] 化学工业部化工机械研究院．腐蚀与防护手册[ M ] ．北京化学工业出版社，1 9 8 0 5 7 5 5 7 9 ． C o r r o s i o no f316 LS t a i n l e s sF i b r e si nH y d r o c h l o r i cA c i d S U NS h i q i n g ，Z H A N GX i n w e i S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ，H e b e iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，S h i j i a z h u a n g0 5 0 018 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fc o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r eo fh y d r o c h l o r i ca c i do nt h ec o r r o s i o nr a t e so f316Ls t a i n l e s ss t e e l f i b r ea r ei n v e s t i g a t e db yu s i n gw e i g h tl o s s t e s t i n gm e t h o d ．T h em o r p h o l o g yo fc o r r o s i o ns a m p l e si nc o n d i t i o no f 5 m o l ／Lh y d r o c h l o r i ca c i da n dt e m p e r a t u r eo f4 0 ，5 0 ，6 0 。Ca r eo b s e r v e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ，a n dt h e m a j o rc o n s t i t u e n t sa r ea n a l y z e dw i t hs p e c t r o m e t e r ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o r r o s i o nr a t ei si n c r e a s e dn om a t t e r w h a ti n c r e a s eo ft h et e m p e r a t u r eo rh y d r o c h l o r i ca c i dc o n c e n t r a t i o n ．I ti n d i c a t e sb ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e o b s e r v a t i o nt h a tt h ec a r b i d ep a r t i c l e sd r o p p e dg r a d u a l l ya n dp i t t i n gc o r r o s i v eh o l ei sc o n t i n u o u s l yi n c r e a s e di nt h e c o r r o s i o np r o c e s s ．T h en i c k e lc o n t e n ti nt h es a m p l ei sd e c r e a s e dd i s t i n c t l ya sar e s u l to fh y d r o c h l o r i ca c i ds t r o n g l y c o r r u p t i n g ，w h o l et h ec h r o m ec o n t e n ti sf l u c t u a t e di ns m a l lr a n g eo w i n gt o i t sb e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c e ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；s t a i n l e s s s t e e l f i b r e ；c o r r o s i o nr a t e ；h y d r o c h l o r i ca c i d ；p i t t i n gc o r r o s i o n ； m o r p h o l o g y ；c o n s t i t u e n t 万方数据