從圖5.22中可以看出,不同表面粗糙度的試樣的極化曲線都具有活性溶解-鈍化轉變的特征,并且都具有三個自腐蝕電位。當電位低于Ecorr-1時,三條曲線的腐蝕電流密度相差很小。因此為了簡化討論可以認為具有不同表面粗糙的試樣的陰極反應(H+的還原反應)是相同的,不隨表面粗糙度的變化而變化。金屬的陽極溶解電流隨著表面粗糙度的增加而增加,這種現象可以用金屬的表面功函數(EWF)來解釋。EWF是指材料的自由電子脫離材料表面的最低能量。金屬的暴露面積越大材料失去電子被氧化的概率就越高,且EWF隨著材料的表面粗糙度的增加而降低,表面粗糙度大的試樣具有較低的EWF和較大的有效暴露面積,因此越容易失去電子,從而加速材料的腐蝕過程。




  圖5.25的理論極化曲線可以用來解釋不同表面粗糙度的雙相不(bu)銹(xiu)鋼的腐蝕過程。圖5.25中A1、A2、A3分別代表理論陽極極化曲線,B代表理論陰極極化曲線,陰、陽極極化曲線的交點個數即代表了自腐蝕電位的個數。假設B和A1分別代表240號砂紙打磨后的試樣的理論陰、陽極極化曲線,因此測量的極化曲線就是二者的代數疊加,從圖5.25中可以看出A1和B有三個交點(1、2、3),即表示有三個自腐蝕電位。當表面粗糙度降低(800號和拋光試樣)時,陽極極化曲線變為A2和A3,從圖5.25中可以看到仍然出現了三個交點(1'、2'、3')和(1”、2"、3”),即有三個自腐蝕電位。不同表面粗糙度的試樣的自腐蝕電位有如下關系:Ecorr-1<Ecorr1'<E corr-1",E corr-2<E corr-2,<E corr-2",E corr-3<Ecor-3/<Ecorr-3”。如果陽極極化曲線轉變為A4和A5,自腐蝕電位轉變為兩個或者一個,但是這種情況在本實驗條件下沒有出現。


25.jpg


  從圖5.22中可以看出,溶液的pH值可以顯著改變雙相不銹鋼在酸性NaCl溶液中的腐蝕行為,從而使自腐蝕電位的個數隨著H*濃度的降低而減少。在酸性NaCI溶液中,主要的陰極反應是H*的還原反應。可以用圖5.26中的理論極化曲線來解釋pH值改變對自腐蝕電位個數的影響。圖5.26中曲線A1、A2和A3分別代表雙相不銹鋼在不同pH值的溶液中的理論陽極極化曲線,B1、B2和B3代表陰極H+還原反應的理論極化曲線。如果腐蝕過程是由陰極曲線B1和陽極曲線A1耦合而成,那么在金屬的活性溶解區、溶解-鈍化過渡區和完全鈍化區內陰、陽極極化曲線就會有三個交點(1、2、3),也就會出現三個自腐蝕電位。這對應于圖5.22(a)中H2SO4濃度大于0.011mol/L的條件下的情況。降低溶液的pH值,就會影響陰、陽極反應的過程,從而改變極化曲線的位置。當陰、陽極極化曲線由B2和A2耦合而成,則只有兩個交點,也就是只有兩個自腐蝕電位存在。這對應于圖5.22(b)中H2SO4濃度介于0.0065~0.011mol/L時的條件下所得到的結果。進一步降低溶液的pH值,使硫酸濃度降為0.005mol/L以下,陰、陽極極化曲線由B3和A3耦合而成,則只有一個自腐蝕電位存在。若進一步降低溶液的pH值,自腐蝕電位的個數將不再發生改變,保持一個。


26.jpg


  圖5.26 雙相不銹鋼在不同氧含量和H2SO4濃度的0.5mol/L NaCl溶液中的腐蝕過程(A1、A2、A3為理論陽極極化曲線;B1、B2、B3為理論陰極極化曲線)在有氧存在的條件下,溶液中的陰極反應除了H+的還原反應之外,還有氧的還原反應:


O2+4H++4e- = 2H2O


  因此,在有氧(yang)存在條件下的(de)(de)陰極反應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)密度(du)是氫還(huan)原(yuan)反應(ying)(ying)和氧(yang)還(huan)原(yuan)反應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)密度(du)之和。從(cong)圖5.24中可以看(kan)出,溶液中的(de)(de)氧(yang)不(bu)但能(neng)(neng)影響陰極反應(ying)(ying)過程,還(huan)能(neng)(neng)影響陽(yang)極反應(ying)(ying)過程,造成自腐蝕電(dian)(dian)位正(zheng)移,腐蝕電(dian)(dian)流(liu)密度(du)增加。可能(neng)(neng)是由于溶液中的(de)(de)氧(yang)含量增加,獲得自由電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)概(gai)率增加;或(huo)者提(ti)高氧(yang)在金屬表面(mian)或(huo)者鈍化膜(mo)表面(mian)的(de)(de)還(huan)原(yuan)速度(du)。


  溶液(ye)中的(de)氧(yang)(yang)含(han)量對(dui)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼在(zai)(zai)(zai)酸性NaCl溶液(ye)中的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)行為(wei)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)可以(yi)用(yong)圖(tu)(tu)(tu)5.27來(lai)解(jie)釋。氧(yang)(yang)對(dui)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)行為(wei)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)與pH的(de)影(ying)(ying)響(xiang)效果基本一(yi)致(zhi)。圖(tu)(tu)(tu)5.27(a)可用(yong)來(lai)解(jie)釋圖(tu)(tu)(tu)5.23(a)的(de)實(shi)驗(yan)現(xian)象。當(dang)(dang)(dang)溶液(ye)中不(bu)含(han)氧(yang)(yang)(氮氣飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he))時,B1和(he)(he)(he)(he)A1分(fen)別代表理論的(de)陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)。從圖(tu)(tu)(tu)5.27中可以(yi)看(kan)出曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)有(you)(you)三個(ge)交(jiao)(jiao)點(dian),即存在(zai)(zai)(zai)三個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei) ECOrr-1、Ecorr-2和(he)(he)(he)(he)Ecorr-3相(xiang)(xiang)對(dui)應(ying)的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)流(liu)密(mi)度為(wei)icorr-1、icorr-2和(he)(he)(he)(he)icorr-3.當(dang)(dang)(dang)有(you)(you)氧(yang)(yang)存在(zai)(zai)(zai)(空氣飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he)或氧(yang)(yang)飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he))時,陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)分(fen)別變為(wei)B2和(he)(he)(he)(he)A2,仍然有(you)(you)三個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)Ecorr-1'、Ecorr-2'和(he)(he)(he)(he)Ecorr-3',并且 Ecorr-1'>E corr-1、Ecorr-21>Ecorr-2、Ecorr-3'>Ecorr-3。圖(tu)(tu)(tu)5.23(b)中在(zai)(zai)(zai)通氧(yang)(yang)前(qian)后(hou)都(dou)只(zhi)有(you)(you)兩個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei),這一(yi)現(xian)象可以(yi)用(yong)圖(tu)(tu)(tu)5.27(b)來(lai)解(jie)釋。當(dang)(dang)(dang)溶液(ye)中通入氧(yang)(yang)前(qian),B1和(he)(he)(he)(he)A1分(fen)別代表理論的(de)陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian),從圖(tu)(tu)(tu)5.27中可以(yi)看(kan)出曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)有(you)(you)兩個(ge)交(jiao)(jiao)點(dian),即存在(zai)(zai)(zai)兩個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)Ecorr-1和(he)(he)(he)(he)Ecorr-3,相(xiang)(xiang)對(dui)應(ying)的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)流(liu)密(mi)度為(wei)icorr-1和(he)(he)(he)(he)icorr-3。當(dang)(dang)(dang)有(you)(you)氧(yang)(yang)飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he)時,陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)分(fen)別變為(wei)B2和(he)(he)(he)(he)A2,仍然有(you)(you)兩個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei) Ecorr-1'和(he)(he)(he)(he)Ecorr-3'。通氧(yang)(yang)前(qian)后(hou)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)的(de)關系為(wei)Ecorr-1'>Ecorr-1,Ecorr-3'>Ecorr-3.當(dang)(dang)(dang)硫酸濃度為(wei)0.005mol/L時,在(zai)(zai)(zai)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)只(zhi)有(you)(you)一(yi)個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)存在(zai)(zai)(zai),但(dan)溶液(ye)經過氧(yang)(yang)飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he)后(hou),自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)個(ge)數由(you)一(yi)個(ge)增加為(wei)兩個(ge),這一(yi)現(xian)象可以(yi)用(yong)圖(tu)(tu)(tu)5.27(c)來(lai)解(jie)釋。空氣飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he)溶液(ye)中的(de)理論陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)分(fen)別為(wei)B1和(he)(he)(he)(he)A1,從圖(tu)(tu)(tu)5.27中可以(yi)看(kan)出只(zhi)有(you)(you)一(yi)個(ge)交(jiao)(jiao)點(dian),即只(zhi)存在(zai)(zai)(zai)一(yi)個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei);當(dang)(dang)(dang)氧(yang)(yang)氣飽(bao)(bao)和(he)(he)(he)(he)時,由(you)于(yu)氧(yang)(yang)氣促進(jin)了(le)陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)反應(ying)過程,使陰、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)到達B2和(he)(he)(he)(he)A2,此時曲(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)有(you)(you)兩個(ge)交(jiao)(jiao)點(dian),即出現(xian)兩個(ge)自(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)。