第２５卷第１期 安徽冶金科技职业学院学报 Ｖ０１．２５．Ｎｏ．１ ２０１５年１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊａｎ．２０１５ 电化学阻抗谱技术对不同钢材腐蚀过程的研究 胡满杰 （安徽省地勘局三一二地质队安徽蚌埠２３３０４０） 摘 要：利用电化学阻抗谱技术研究了冷轧板、镀锌板、六价铬钝化处理镀锌板的电化学腐蚀过程，对不同板材的耐蚀性 能进行了比较，利用等效电路对不同板材的腐蚀过程进行了拟合，探讨了钢材腐蚀过程的机理，为改善钢材的耐蚀性能提供 了参考。 关键词：电化学阻抗谱；冷轧板；镀锌板；腐蚀 中图分类号：０６５７．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—９９９４（２０１５）０１—００２５—０３ 金属的腐蚀，特别是钢铁的腐蚀，遍及社会生 电极体系，测试装置如图１所示。工作电极采用自 活的各个领域，对社会发展产生巨大危害 Ｊ。因 制装置，预留１ ｃｍ 的工作面积，铂丝电极为辅助 此研究各类钢材的腐蚀规律、腐蚀机理和腐蚀特 电极，饱和甘汞电极（ＳＣＥ）为参比电极。电化学阻 性，建立腐蚀数据库，从理论上指导钢材的防腐技 抗谱测量的频率范围为１０ Ｈｚ—ｌ０ Ｈｚ，交流激 术和防腐工艺的改进，延缓金属材料腐蚀，提高其 励信号幅值为５ｍＶ。 使用寿命，对节能环保具有重要的意义 。金属 腐蚀是电化学腐蚀的一种特殊形式，因此电化学方 法常被用来研究金属腐蚀。用于钢铁腐蚀研究的 电化学技术有极化曲线法、电化学交流阻抗谱、微 参比电极、Ｋｅｌｖｉｎ探头测量技术、电化学探测电池、 电化学噪声等 。 电化学阻抗谱（ＥＩＳ）是一种以小振幅的正弦 波电位为扰动信号的电化学测量方法，是一种暂态 电化学技术，具有测量速度快，对研究对象表面状 态干扰小的特点。与其它常规的电化学方法相比， 可以得到更多的动力学信息及电极界面结构的信 图１ 三电极体系电化学阻抗谱测试装置示意图 息，是一种常用的研究钢材腐蚀过程的方法 Ｊ。 本文拟采用电化学阻抗谱对不同材质的钢板腐蚀 ２结果与讨论 过程进行研究，探讨腐蚀机理，为钢材的防腐提供 ２．１不同板材的电化学阻抗谱 必要的参考数据。 为了去除样品表面不均匀性对测试结果的影 １实验部分 响，在进行电化学测试前，对冷轧板采用砂纸打磨 除锈和丙酮超声除油两步预处理过程；对镀锌板采 电化学性能测试是在上海辰华公司生产的型 用在丙酮中超声除油的预处理方式。经预处理后， 号为ＣＨＩ７６０Ｄ电化学工作站上进行的。腐蚀介质 所有样品的两次测量极化曲线基本吻合，表明预处 为３ ｗｔ％的ＮａＣＩ溶液，测定温度为室温。采用三 理能够保证电化学测试结果的稳定性及重现性，为 后续的腐蚀机理研究提供了保证。试验中，选取了 收稿日期：２０１４—１２—２３ 作者简介：胡满杰（１９６３一），男，安徽怀宁人。安徽省地勘局三一 冷轧板、镀锌板、六价铬钝化处理镀锌板等三种板 二地质队，高级工程师。 材，分布测试其电化学阻抗谱，结果如图２所示。 ・２６・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２０１５年第１期 力弱于镀锌板。容抗弧半径的大小可用来表示电 子的钢材表面传递的难易程度，与耐蚀性能的相 关。由图２可以看出，容抗弧半径的增加顺序为钝 化板＞镀锌板＞冷轧板，说明镀锌板的耐蚀能力强 于冷轧板，而经钝化处理的镀锌板耐蚀能力最好。 ２．２等效电路拟合 虽然采用ＥＩＳ技术可获得大量具有潜在应用 价值的实验数据，但对这些数据需要进行谨慎的分 ｏ ５０００ ｌＯ０ｏ０ Ｉ５Ｏ０ｏ ２ｏｏＯ０ ２５ｏ０Ｏ 析和解释。对电化学阻抗谱数据的分析方法主要 是等效电路模型方法拟合ＥＩＳ数据。等效电路（见 ｚ．／ｅｈｍ 图２三种钢材电化学阻抗谱的比较。 图３）由模拟电极／溶液界面的各种电学元件组合 而成。这些电学元件包括电阻（Ｒ），电容（Ｑ）和弥 散指数ｎ（代表表面性质的不均匀程度）等。在上 内插图为放大的冷轧板阻抗谱 可以看出，三种板材从高频到低频部分呈一完 整连续的容抗弧，说明此时板材表面腐蚀是受电化 述实验数据的基础上，我们用ＺｓｉｍｐＷｉｎ软件按照 如下的等效电路对三种板材的腐蚀过程进行了拟 合，结果如表１所示。 学控制的。电化学阻抗谱只有一个时间常数，表明 腐蚀只发生在板材的表层。板材在低频区均表现 出了一定的感抗收缩现象，说明此时板材表面的保 护层发生溶解。在含Ｃｌ一的腐蚀环境中，镀锌板表 面容易形成碱式氯化锌和氧化锌等腐蚀产物，这些 物质可以抑制电荷的转移，在高频区出现容抗弧。 在低频区出现容抗弧是由于电解质在膜层空隙中 的扩散导致。冷轧板表面在腐蚀的初期可以形成 铁的氧化物，起到类似锌氧化物的作用，但防腐能 表１ 三种钢材的等效电路拟合数据 图３等效电路图 在等效电路中，Ｒ 对应于腐蚀介质的欧姆电 阻，Ｒ 对应于钢材表面镀层或腐蚀层的电阻，Ｑ 和Ｑ 分别对应于腐蚀层表面和钢材基底表面的双 电层电容，Ｒ。为钢材表面的极化电阻。从拟合数 间超过９６ ｈ后，阻抗值开始下降。说明镀锌层在 腐蚀初期形成的腐蚀层能更好对基底钢材起到保 护作用。浸泡时间超过９６ ｈ后，镀锌层被破坏，耐 蚀能力开始下降。经六价铬钝化处理后的镀锌板 据可以看出经钝化处理后的镀锌板的表面均匀性 最好，表面电阻最大，耐蚀能力最强。 ２．３板材在盐水介质中浸泡不同时间后的阻抗谱 为了考察钢材表面镀层的耐蚀能力的持续性， 研究了镀锌板和六价铬钝化处理后的镀锌板在盐 水介质中浸泡不同时间后的电化学阻抗谱的变化 规律，结果如图４和图５所示。镀锌板在３ ｗｔ％ 阻抗值的变化规律与镀锌板相似，但在浸泡２４ ｈ 后，板材的阻抗值更大。说明经钝化处理后的镀锌 板耐蚀能力更好。冷轧板在盐水中浸泡一小时后， 阻抗值就发生明显下降，说明冷轧板表面的腐蚀层 很快溶于盐水，不能对基底钢材起到保护作用。 ＮａＣ１溶液中浸泡２４ ｈ后阻抗值达到最大，浸泡时 总第６７期 鲁葺ｅＩ，．Ｉｚ ２ Ｏ ８ ６ ４ ２ 胡满杰：电化学阻抗谱技术对不同钢材腐蚀过程的研究 宣点Ｄ，：Ｎ Ｏ ・２７・ ＝乌 ∞ 加 ５ Ｏ 程。通过等效电路拟合，可对腐蚀机理进行研究。 不同来源的板材腐蚀机理的差异导致不同板材的 耐蚀能力存在较大差异。镀锌板在盐水中的耐蚀 能力强于冷轧板，经钝化处理后的镀锌板具有更好 的耐蚀能力。 参考文献 ［１］ 林玉珍，杨德均，腐蚀和腐蚀控制原理，北京：中国石 化出版社．２ｏｏ７：１—７ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ｚｔ／［＜ｏｈｍ ［２］ 魏宝明，金属腐蚀理论及应用，北京：化学工业出版 图４镀锌板在盐水介质中浸泡不同 社．２００４ 时间后的电化学阻抗谱 ［３］ 杨仲年，耐候钢和ｚｎ与ｚｎ—Ｆｅ合金镀层的腐蚀电 化学行为研究［ｃ］．浙江大学博士学位论文，２００６ ［４］ Ａ．Ａｍｉｒｕｄｉｎ，Ｄ．Ｔｈｉｅｒｒｙ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏａｔｅｄ ｍｅｔ－ ａｌ，Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９５，３０（３），２１４—２２０ ［５］ Ｔ．Ｋａｍｉｍｕｒａ，Ｍ．Ｓｔｍｔｒｎａｎｎ，Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉ． ａｍ ｏｎ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｅｉ・ ｅｎｅｅ，２００１，４３，４２９—４４７ ［６］ Ｒ．Ｐ．Ｖｅｒａ Ｃｒｕｚ，Ａ，Ｎｉｓｈｉｋａｔａ，Ｔ．Ｔｓｕｒｕ，ＡＣ ｉｍｐｅｄ－ ａｎｃｅ ｍｏｍｔｏｆｉｎｇ ｏｆ ｐｉｔｔｉｎｇ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎ－ ｄｅｒ ａ ｗｅｔ——ｄｒｙ ｃｙｃｌｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ——ｃｏｎｔｉａｎｉｎｇ ．５ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４Ｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９６，３８（８）：１３９７一 ｚ．／ｏｈｍ 图５ 六价铬钝化镀锌板在盐水介质中浸泡 】４０６ 不同时间后的电化学阻抗谱 ３结论 电化学阻抗谱可用于研究不同钢材的腐蚀过 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｅｅｌｓ ● ＇ ＇ ‘ １ ・ ＇ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ＨＵ Ｍａｎ— ｉｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏ— ｓｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｔｅｅｌｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｓｈｅｅｔ，ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｓｈｅｅｔ，ａｎｄ ｈｅｘａｖａｌｅｎｔ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｐａｓｓｉｖａ— ｔｅｄ ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｓｈｅｅｔ．Ａｎｔｉ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅｅｔｓ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉｆｅｒ－ ｅｎｔ ｓｈｅｅｔｓ ｗａｓ ｆｉｔｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｈｅｌｐ— ｆｕｌ ｆ０ｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ａｎｔｉ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｓｈｅｅｔ；ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｓｈｅｅｔ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
