双相不锈钢在含硫离子溶液中的电化学行为动电位极化曲线分析

  2205双相不锈钢在不同温度的3.5%NaCl溶液以及3.5%NaCl+不同浓度S^2-溶液中的极化曲线如图5.44所示。

  从图5.44中可以看出，双相不锈钢在不同温度的3.5%NaCl溶液中都存在一定范围的钝化区，且钝化区的范围随着溶液温度升高而缩小。当S^2-加入至3.5%NaCl溶液中后，双相不锈钢在溶液中的极化曲线与其在3.5%NaCl溶液中的极化曲线相比，整体右移，下移；且加入S^2-后，双相不锈钢在溶液中的钝化现象不再明显，钝化区明显缩小，甚至无钝化区。以上说明，S^2-使得双相不锈钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率加快，降低了双相不锈钢的耐蚀性能。

  图5.44中极化曲线的Tafel拟合结果如图5.45和表5.14所示。

  结合图5.45(a)和表5.14可以看出，在相同的溶液中，随着溶液温度的升高，双相不锈钢在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度呈现升高的趋势；在3.5%NaCl溶液中，当溶液温度从20℃升高至60℃时，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流密度从1.8893×10^-7 A/c㎡升高至2.3439×10^-6 A/c㎡;在3.5%NaCl+0.005mol/L S^2-溶液中，当溶液温度从20℃升高至60℃时，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流密度从2.2663×10^-6升高至1.8968×10^-5 A/c㎡;在3.5% NaCl+0.05mol/L S^2-溶液中，当溶液温度从20℃升高至60℃时，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流密度从6.0827×10^-6 A/c㎡升高至3.5755×10^-5A/c㎡;在3.5% NaCl +0.5mol/L S^2-溶液中，当溶液温度从20℃升高至60℃时，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流密度从6.9585×10-6A/c㎡升高至7.7×10^-5A/c㎡.在相同温度下，随着溶液中的S2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流呈现升高的趋势：当溶液温度为20℃时，随着S^2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流密度从3.5%NaCl溶液中的1.8893×10-7A/c㎡分别升至2.2663×10-6A/c㎡,6.0827×10^-6A/c㎡,6.9585×10^-6 A/c㎡;当溶液温度为60℃时，随着S^2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电流密度从3.5%NaCl 溶液中的2.3439×10-6 A/c㎡分别升至1.8968×10-5A/c㎡,3.5755×10^-5A/c㎡,7.7×10^-5A/c㎡.从以上分析可知，S^2-的加入使得双相不锈钢在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度变大，加速了腐蚀速率。

  从图5.45(b)和表5.14中可以看出，在相同的溶液温度下，随着3.5%NaCI溶液中的S^2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中的自腐蚀电位呈现下降的趋势。当溶液温度为20℃时，随着溶液中的S2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中自腐蚀电位从－0.2899V分别下降至－0.44696V,-0.4723V,-0.58955V;当溶液温度为30℃时，随着溶液中的S^2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中自腐蚀电位从－0.4201V分别下降至－0.45908V,-0.48622V,-0.60348V;当溶液温度为45℃时，随着溶液中的S2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中自腐蚀电位从－0.4751分别变为－0.46955V,-0.49149V,-0.62579V;当溶液温度为60℃时，随着溶液中的S2-浓度的升高，双相不锈钢在溶液中自腐蚀电位从－0.4848V分别变头-0.42903V,-0.57451V,-0.63928V.S^2-对双相不锈钢在3.5%NaCl溶液中自腐蚀电位有明显的影响，S2-的加入使得双相不锈钢在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位下降，增加了双相发生腐蚀的倾向，使腐蚀更易发生。

  2057双相不锈钢在1050℃固溶后在室温下于3.5%NaCl,3.5%NaCl+0.005mol/LNa2S、3.5%NaCl+0.05mol/LNa2S及3.5%NaCl+0.5mol/LNa,S溶液中的动电位极化曲线，如图5.46所示。从图5.46中可知在纯的3.5%NaCI溶液中 DSS2507双相不锈钢的自腐蚀电位（Ecorr)较高，自腐蚀电流（Icorr)较低，分别为－0.31637V(vs.SCE),1.1417x10-7(A/c㎡),表明在纯的3.5%NaCl溶液中2507双相不锈钢耐腐蚀性能较好。GB 4334.9-1984规定阳极极化曲线上与电流密度100μA/c㎡相应的电位为击破电位，从图5.46中可知DSS2507双相不锈钢于3.5%NaCl溶液中击破电位（Eb)为1.002V,所以于3.5%NaCl溶液中2507双相不锈钢也有较好的抗点蚀性能。这是由于DSS2507于不含硫离子的3.5%NaCl介质中有明显的钝化区且钝化区域较宽，在该钝化区范围内钢表面会形成一层致密度较高的钝化膜，该膜层有较高的抗蚀性能，进而减弱了DSS2507的腐蚀敏感性。随着硫离子被引入到3.5%NaCl液中，从图5.46可以清晰地看出极化曲线向右下方移动，自腐蚀电位（E)降低，自腐蚀电流（I)升高，DSS2507双相不锈钢的腐蚀速率变快。并且随着硫离子浓度越高阳极极化曲线向右下方移动趋势越明显。从表5.15可知硫离子浓度为0.005mol/L、0.05mol/L及0.5mol/L时的自腐蚀电位（E)与不含硫离子的3.5%NaCl溶液中相比分别降低了0.19703V（vs.SCE),0.22259V(vs.SCE),0.33695V(vs.SCE);Icom分别升高了1.085x10^-6A/c㎡、8.97×10^-6A/c㎡和6.99×10-5A/c㎡,这表明随硫离子浓度越高，自腐蚀电位（Ecom)降低的越多，但是自腐蚀电流（Icom)涨幅越大，以上现象说明硫离子导致2507双相不锈钢的腐蚀速率加快，抗均匀腐蚀能力降低。

  综上所述，硫离子提高了DSS2507双相不锈钢的腐蚀敏感性。双相不锈钢在钝化过程中铬离子通过离子键与O^2-或OH^-相结合，产生一层致密的成分为Cr的氧化物或Cr的氢氧化物（Cr₂O₃或Cr(OH)₃)的氧化膜，该膜层能够提高材料的抗腐蚀性能，2507双相不锈钢表面钝化膜的保护性对其耐腐蚀性能起着主要作用。但是在硫离子的作用下，由于硫离子的电负性能较强吸附，在金属表面，并且S2-能够代替一部分O^2-或OH^-的位置，与铬离子相结合阻挡了能够引起钢钝化的物质（OH^-、O^2-等）接近钢表面，破坏了原来钢表面钝化膜的完整性和致密度，从而降低了金属材料表面钝化膜的生长速度，提高了材料的腐蚀敏感性，减弱了DSS2507双相不锈钢的抗蚀能力。除此之外，硫离子有着破坏钢表面钝化膜结构的作用，使体系的腐蚀电位降低，进而提高了2507双相不锈钢发生均匀腐蚀的倾向，实际表现为腐蚀电位变小，腐蚀电流变大。另一方面阴极反应过程中生成的H+被阳极反应产生的电子还原为氢原子，一部分结合成H2释放出去，另外，吸附在金属表面，通过去吸附溶解到金属内部使这一区域变脆进而引起氢脆。在这两种因素共同作用下硫离子导致2507双相不锈钢的耐蚀能力降低。

  图5.47是室温下固溶态为1050℃的DSS2507双相不锈钢分别于3.5%NaCl溶液以及含有0.05mol/L硫离子的3.5%NaCl溶液介质中动电位扫描后的微观组织形貌。图5.47(a)显示当硫离子浓度为0mol/L,即DSS2507双相不锈钢于3.5%NaCl溶液介质中动电位扫描后的微观组织形貌上腐蚀坑数量比较少，零零散散地散布于铁素体（α)上；而当硫离子浓度为0.05mol/L时，从图5.47(b)中可以看出腐蚀点的数量明显增多且分布较密集。这进一步说明硫离子提高了2507双相不锈钢的腐蚀敏感性加速了其腐蚀的发生。