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铜-不锈钢复合材料在HSO_3~-和或Cl~-介质中的腐蚀行为

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-19  浏览次数:9 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网编辑中心获悉:国外在包括海水在内的各种冷却水中,均有使用不锈钢管的许多实例。使用过的不锈钢品种也比国内多,

  中华不锈钢网编辑中心获悉:国外在包括海水在内的各种冷却水中,均有使用不锈钢管的许多实例。使用过的不锈钢品种也比国内多,不仅有奥氏体不锈钢,还有铁素体不锈钢和双相不锈钢。但奥氏体不锈钢占绝大多数。美国国际管材公司的资料表明,从1967年至1997年销售的61180km凝汽器用不锈钢管材中,奥氏国内不锈钢管凝汽器起步较晚,所占比例很小,不锈钢管凝汽器的优良性能还未被人们普遍认识,但近两年呈加速发展势头。据统计,至2002年国内至少已有23家电厂在凝汽器上使用或已确定使用不锈钢管。1989年底,国内第一台不锈钢管凝汽器在河北上安电厂投入使用。由于不锈钢管凝汽器的优良性能未被人们认识,国内不锈钢管凝汽器的发展处于长期停滞状态。直至1996年,因为不锈钢管凝汽器在上安电厂的使用效果非常好,而且造价与黄铜管差不多,上安电厂二期工程也采用了不锈钢管凝汽器。随后我国不锈钢管凝汽器进入了加速发展阶段。2000年5月我国第一台旧机组铜管全部换不锈钢管的凝汽器也投入使用,还有一些电厂旧机组铜管部分改换为不锈钢管(空抽区和/或迎汽0刖目汽器型号为N黄铜管12076根。新铜管使用不到4个月,就发生了腐蚀泄漏。1994年和1997年因为黄铜管腐蚀泄漏较多,两次更换黄铜管。每次更换一半,更换的管子仍为HSn70-1黄铜管。
  
  Cu-5vo%SS横截面的组织如(a)所示,可见圆形横截面的不锈钢丝的分布不均匀后者选一种,即Cu-10wt%SS,它是在纯铜中加入10w%0Cr18Ni9奥氏体不锈钢薄板,通过真空感应熔炼浇铸,然后冷拔变形制备而成的,其内分布的第二相Fe-Cr-Ni纤维如(b)所示,它是由材料中Fe-Cr-Ni相颗粒随冷拔变形量的增加而沿变形方向逐步形成的试样为棒材,尺寸分别为:(958mnK206mm铜不锈钢(Cu-SS)复合材料是一类具有优良物理性能和力学性能的功能材料,可望应用于集成电路引线框架、高脉冲磁场导体支撑电极、触头材料、电枢、电动工具换向器大型高速发电机的转子导线、大型电器机车的架空导线等领域此种材料在长期使用过程中,会受到大气中腐蚀介质的作用,影响材料的强度和导电性能尤其是当潮湿的大气中含有S2BSNB等腐蚀性气体或含有煤!烟尘埃氯化钠、硫酸铵等大量的固体微粒时,会促使腐蚀加速另外,材料中Cu基体与不锈钢纤维增强相的电极电位不同,且相互接触,易形成腐蚀电偶因此,研究铜不锈钢复合材料在污染大气中的腐蚀行为,具有很重要的现实意义本工作研究了其在3种模拟HSOT和咸Cl-介质中腐蚀行为,并与纯铜进行了比较。
  
  1试验方法1.1试样铜不锈钢复合材料包括铜不锈钢宏观复合材料和铜不锈钢原位(微观)复合材料本试验前者选用2种,即Cu-5vo%SS,Cu-10vo%SS,它是将含有约2w%Cu的0Cr18Ni9奥氏体不锈钢丝制成均匀分布纵截面(b)的显微组织基金项目:河北省自然科学基金资助项目(598191)除油,干燥,称重(精确到0.1mg)1.2循环加速腐蚀试验利用YWXIQ-150型安特稳盐雾腐蚀试验箱进行加速腐蚀试验,盐雾箱温度为35±1°0.每喷雾8h后,取出试样自然干燥16h,为一试验周期,连续进行3个试验周期,测其腐蚀失重值,计算腐蚀速度。喷雾介质分别为:混合液,pH4.8除镑液米用500mlHC+ 1000ml蒸馏水+次甲基四胺同时用未腐蚀试样校正除锈液对复合材料的腐蚀失重。
  
  1.3腐蚀前后组织分析与性能测试利用4X型金相显微镜观察腐蚀前后试样的纵横截面的组织变化;利用INSTRON6027材料试验机进行拉伸实验,测定腐蚀前后试样的抗拉强度,计算强度变化率;利用QJ44型便携式直流双臂电桥,测量腐蚀前后试样的电阻,计算电阻率的变化4电化学测试用浓HNO3将试样的基体铜溶解掉,获得金属纤维将制得的金属纤维装入底部封口的细小吸管中至一定高度,并在吸管下端用针扎上小孔以便插入介质中后液体可进入,再在吸管中插上一根铜丝和金属纤维相连,作为工作电极参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为铂片。采用PS-1型恒电位恒电流仪,测定Cu-10vo%SS中不锈钢丝和Cu-10w%SS中不锈钢纤维在3种介质中的电极电位(注意将工作电极插入介质中时,不要将铜丝浸入)同样采用PS-1型恒电位恒电流仪,分别测量纯铜和3种复合材料在3种介质中的阳极极化曲线。工作电极用纯聚四氟乙烯生料带密封,并暴露一定面积仪器稳定25min后,先测定工作电极的自然腐蚀电位,再进行阳极极化曲线测定选取极化电位偏离腐蚀电位50~120mV之间的点拟合直线方程,求得材料的腐蚀电流密度2结果和讨论1循环加速腐蚀试验结果中的腐蚀速度如表1可见,所有试样在2*和3介质中的腐蚀速度较接近,且都远远大于在1介质中的腐蚀速度说明NaHS3对铜不锈钢复合材料的腐蚀作用大于NaCl对于同一种介质,不同试样的腐蚀速度顺序均为V-5vl%SS>v('u-10l%SS>VCu-10wt%SS>VCu,说明在两种宏观复合材料中,随着不锈钢丝含量的增加,腐蚀速度减慢;而微观复合材料的腐蚀速度低于两种宏观复合材料。
  
  中华不锈钢网编辑中心获悉:试样在喷雾试验中的腐蚀速度v(g°cm-2°h-1)介质种类2.2腐蚀前后组织分析与性能测试结果金相显微镜观察试样腐蚀后的组织,未发现内氧化现象,说明试样在不同喷雾液中的腐蚀只发生在表面(a)为Cu-10vol%SS经3*介质腐蚀后的横截面,可见试样边缘中的第二相不锈钢丝周围有黑色产物出现,这是由于不锈钢丝离试样边缘甚近,溶液介质经缺陷通道将不锈钢丝周围的基体铜腐蚀所致(b)为Cu-10w%SS经f介质腐蚀的横截面,试样边缘较光洁。
  
  几种试样在腐蚀前后的电阻率变化均在8%以下;原位复合材料的强度变化率均在4以下,而宏观复合材料在1*介质中的强度变化率也很低,但在2*和3介质中的强度变化率高达16%,说明NaHS3介质对铜-不锈钢宏观复合材料的腐蚀作用大于对铜不锈钢微观复合材料的腐蚀作用,而且远远大于NaCl的作甩3电化学测试结果10wl%SS中不锈钢纤维在3种介质中的电极电位(E不镑钢),以及由侨镑钢再根据混合法则E(:E为复合材料的自腐蚀电位;EcEa为阴、阳极金属的自腐蚀电位;VcVa为阴、阳极金属的体积分数)算出的复合材料中基体铜在不同介质中的的自腐蚀电位起始电位差(E不锈钢-Ecu)列于表2可见,在上述3种介质中,Ecu<锈钢,故Cu基体为阳极,而第二相不锈钢为阴极;原位复合材料的自腐蚀电位起始电位差低于宏观复合材料的表及材料各蚀位介质种类E不锈钢E不锈钢一Ecu E不锈钢E不锈钢一Ecu分别为4种试样在3种介质中的极化曲线表3为由极化曲线计算出的一些电化学结果。可见,同一试样在NaHS3+NaCl混合介质中的腐蚀电位最正,腐蚀电流密度最大;NaHS3介质次之;在NaCl介质中的腐蚀电位最负,腐蚀电流密度比上述两种介质小得多。这些与前面加速腐蚀试验结果一致。
  
  试样在不同介质中的电化学参数介质种类在同一种介质中,不同试样的腐蚀电位顺序均为:试验研究bookmark3质中,Cu-10wt%SS的腐蚀电位最负,这是因为Cu-lvo%SS和Cu-5v%SS中第二相为含有约2wt%Cu的不锈钢丝,在不锈钢中加入少量的铜,可以促使不锈钢钝化|4‘51,所以Cu-10vo%SS中E不锈钢较Cu-lOwt%SS中E不翻要正(见表2),导致复合材料的腐质中’Cu-10vo%SS的耐蚀性要优于Cu-5vo%SS‘原(2)Cu-10wt%SS的自腐蚀电位起始电位差低于因是由于Cu-1vo%SS中不锈钢丝的含量比Cu-两种宏观复合材料’导致腐蚀电流下降‘改善了材料的5vo%SS高’即易钝化的阴极性组分多‘使得阴极反应更难进行’整个体系的热力学稳定性提高因为阴极表面的钝化膜使得阴极反应只能在膜的薄弱处‘电子可以穿过的地方进行’因此阴极极化率高‘腐蚀电流密度产生的电偶电流加速了铜的腐蚀’致使Cu-10wf%SS在HSO3-/Cl-介质中的耐蚀性比纯铜稍差。
  
  中华不锈钢网编辑中心获悉:Cu-10wt%SS的耐蚀性要优于两种宏观复合材料‘是由于它的自腐蚀电位起始电位差低(见表2)’所以导致喷雾介质对Cu-10wt%SS的腐蚀作用比两种宏观复合材料弱(见)耐大气腐蚀性能(3)NaHS3对铜不锈钢复合材料的腐蚀作用大于NaCl;NaHSO对铜不锈钢宏观复合材料的腐蚀作用大于对铜不锈钢微观复合材料的腐蚀作用。

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