Q235B鋼在不同質量分數緩蝕劑下的腐蝕速率研究

鄭傳熔

（福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350108）

1 緒論

1.1 土壤腐蝕的研究現狀

當今世界，每年都有大量的鋼在土壤中腐蝕老化，所以全世界有大量學者研究如何減緩鋼在土壤中的腐蝕速率。影響土壤腐蝕的因素多種多樣，有的單獨作用，有的互相作用，人們很難找到土壤的腐蝕規律[1-2]。

1.2 主要研究內容

本實驗利用電化學測試手段，主要從4個方面進行研究。

（1）查閱相關文獻資料，對目前金屬材料在土壤中的腐蝕研究方法、土壤腐蝕數據處理方法、防腐措施等進行深入了解。

（2）熟悉CR-6型土壤腐蝕性測量及評價系統的原理及使用方法。

（3）選定實驗方案，制定詳細且可行的實驗步驟。

（4）分析目前的土壤防腐措施，并選定一種防腐方法進行實驗，結合實驗結果，討論防腐效果。

2 實驗方法

2.1 實驗裝置

本實驗所用儀器是CR-6型腐蝕性測量儀和烘干機，其中，CR-6型腐蝕性測量儀采用I型電極電纜線（適用同種材料三電極）。

2.2 研究試樣及實驗藥品

2.2.1 研究試樣

選用Q235B材料的鋼，為高25 mm、直徑6 mm的圓柱形，試樣工作面積是5 cm2。

2.2.2 實驗藥品

無水乙醇，冰醋酸，去離子水，硫酸鎂固體，硫脲，烏洛托品。

2.3 實驗用品

200目篩子，電子稱量儀，燒杯，金相砂紙，10、50、100、1 000 mL量筒各一個。

2.4 緩蝕劑烏洛托品和硫脲的緩蝕機理

本實驗采用的緩蝕劑有兩種，一種是烏洛托品，另一種是硫脲。兩種都屬于吸附膜型緩蝕劑，是借助緩蝕劑分子在金屬表面形成保護膜，阻絕氣體與鋼材的接觸，達到減緩、抑制鋼材電化學腐蝕的效果[3]。

3 緩蝕劑烏洛托品、硫脲的防腐實驗步驟

（1）用電子稱量儀稱量質量分別為0.4、0.6、0.8、 1.0 g的樣品。（2）加入去離子水至20 g，分別編號為1、2、3、4，充分攪拌。（3）稱量4份80 g已烘干土壤，將攪拌好的溶液分別加入放有土壤的燒杯中進行混合，以備實驗。（4）實驗前先將所有Q235B鋼用砂紙磨光，再用乙醇洗過吹干，然后進行實驗，用CR-6型腐蝕性測量儀測量腐蝕數值。（5）記錄實驗結果。

4 實驗結果與討論

4.1 pH為6時的腐蝕電流密度

先用醋酸與土壤混合，配制出pH=6的土壤試樣，用CR-6型腐蝕性測量儀測出其腐蝕電流密度為7.43 μA/cm2。

4.2 緩蝕劑烏洛托品

為獲得Q235B鋼在含有不同質量分數烏洛托品的土壤中的腐蝕情況，根據土壤理化性質的分析，模擬配制烏洛托品質量分數分別為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的土壤樣本。實驗結果如表1所示。

表1 與烏洛托品質量分數對應的腐蝕電流密度

在以上4組腐蝕數中，選用腐蝕電流密度來表達Q235B鋼在不同質量分數烏洛托品下的腐蝕情況，繪制成圖1。

在圖1中，以烏洛托品質量分數為橫坐標，以腐蝕電流密度為縱坐標，觀察Q235B鋼的腐蝕速率隨著烏洛托品質量分數的變化關系。由圖1可知，Q235B鋼腐蝕速率在烏洛托品質量分數為0.8%時最小。

圖1 腐蝕電流密度隨烏洛托品質量分數的變化情況

由公式：緩蝕效率=（pH為6時的腐蝕電流密度－加入緩蝕劑的腐蝕電流密度）/pH為6時的腐蝕電流密度×100%，計算不同烏洛托品質量分數下的緩蝕效率，列于表1最后一列。

由表1最后一列數據可以得出，當烏洛托品質量分數為0.8%時，緩蝕效率達到最大。這是由于當溶液中的烏洛托品質量分數超過一定值時，對試樣金屬也具有一定的腐蝕作用，因為六次甲基四胺的分子中有一個較大的環，使其能在鐵表面產生靜電吸附，單個六元環在金屬表面的覆蓋面積較大，所以低質量分數的烏洛托品就能達到較好的效果。當溶液中的緩蝕劑分子增多，多余的烏洛托品分子會與吸附在金屬表面的分子相互作用，使得烏洛托品分子脫落[4]。

4.3 緩蝕劑硫脲對腐蝕速率的影響

為獲得Q235B鋼在含有不同質量分數硫脲的土壤中的腐蝕情況，根據土壤理化性質的分析，模擬配制硫脲質量分數分別為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的土壤樣本。實驗結果如表2所示。

表2 不同質量分數硫脲下的腐蝕電流密度值

在表2列出的4組腐蝕數據中，選用腐蝕電流密度表達Q235B鋼在不同質量分數硫脲下的腐蝕情況，繪制成圖2。

圖2 腐蝕電流密度隨硫脲質量分數的變化情況

圖2以硫脲質量分數為橫坐標，以腐蝕電流密度為縱坐標，觀察Q235B鋼腐蝕速率隨著硫脲質量分數的變化關系。由圖2可知，隨著硫脲質量分數的提高，腐蝕電流密度先減小后增大，在硫脲質量分數為0.8%時達到最小。

由公式：緩蝕效率=（pH為6時的腐蝕電流密度－加入緩蝕劑的腐蝕電流密度）/pH為6時的腐蝕電流密度×100%，計算不同質量分數硫脲下的緩蝕效率，列于表2最后一列。

從表2最后一列數據觀察Q235B鋼緩蝕效率隨著硫脲質量分數的變化關系。由表2可知，當硫脲質量分數為0.8%時，緩蝕效率達到最大，其原因與烏洛托品相似，只是硫脲是化學吸附，硫脲分子與金屬表面原子發生電子轉移形成吸附化學鍵，進而形成保護膜；當硫脲分子過多之后，其與試樣金屬電子轉移變多，加快了極化反應，使緩蝕效率降低。

5 結論

為了減緩Q235鋼在土壤中的腐蝕，選用緩蝕劑烏洛托品和硫脲來驗證其防腐效率。含水量、孔隙、pH和Cl離子濃度等因素不在本次研究范圍內。主要結論是：

（1）當烏洛托品質量分數為0.8%時，緩蝕效率最大。

（2）當硫脲質量分數為0.8%時，緩蝕效率最大。

（3）在相同的質量分數下，硫脲的緩蝕效率優于烏洛托品。