钼酸钠对2205双相不锈钢氢渗透的抑制机制研究

作     者：安湘琛 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑传波

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：2205双相不锈钢 氢渗透 阻氢剂 析氢动力学 

摘      要：2205双相不锈钢由奥氏体、铁素体两相组成,比单一奥氏体不锈钢和铁素体不锈具有更优良的耐蚀性能与力学性能,因此被广泛应用在使用条件苛刻的环境中。然而2205双相不锈钢被大量应用的石油工程、管道运输、海洋装备上极易受到环境中氢的侵蚀从而造成氢损伤。氢损伤会造成材料力学性能的损失进而导致瞬间的氢脆断裂发生,,目前工业界与学术界并不具备能够准确预测材料氢脆断裂的物理或经验模型。对于在临氢环境下服役的设备,最佳的降低其氢脆敏感性的思路是在源头上控制氢的流入。为此人们投入了大量资源用于金属表面阻氢涂层的开发。然而阻氢涂层存在成本高昂、寿命短、广泛适用性差等弊端。在这一背景下,“阻氢剂作为一种新的阻氢手段引起了科研工作者的关注,即将一定浓度的有机或无机添加剂投入到设备的服役的临氢环境中,通过竞争吸附或促进析氢反应等方式以减少氢向金属内部的渗透。本次研究选择钼酸钠(NaMoO)作为阻氢剂,考察充氢液中不同浓度(0.005M,0.05M,0.2M)的钼酸钠添加对2205双相不锈钢的氢渗透抑制作用。通过氢渗透电流测试、宏观电化学测试、微区电化学测试等一系列表征手段选取具有最优异阻氢效率的添加浓度,提出了可能的钼酸钠阻氢作用的机制。研究结果表明:在钼酸钠的作用下,氢向2205双相不锈钢内部的扩散行为受到了显著的抑制。钼酸钠添加的阻氢效果排序为低浓度高浓度中浓度。同时,低、中、高三种浓度的钼酸钠均具有阻氢作用机理不尽相同:在低浓度时,钼酸钠起到一定的析氢催化作用,使得析氢电位大幅度上升,大量的氢离子被还原成氢气析出,降低了渗透到试样中的几率,这是通过促进Tafel反应,促进吸附氢原子的电化学脱附实现的;在中等浓度时,钼酸钠扮活跃的还原剂的角色,抢占用了氢离子被还原的机会,并且在还原反应中消耗了大量氢离子;高浓度时,除了消耗氢离子的作用,试样表面形成的还原产物沉淀阻挡层,使得HER主要发生在沉淀层上而非试样表面,使得氢离子渗透进入试样的过程被阻滞,这能够短暂阻挡了氢离子的渗透。最后测试了充氢液中添加了不同浓度阻氢剂的预充氢试样的耐蚀性能以及力学性能,其耐蚀性能和力学性能的下降相对于充氢时长相同但未添加钼酸钠组别得到明显的减轻,而且添加钼酸钠的组别耐蚀性能和力学性能也更加稳定,这说明钼酸钠作为阻氢剂具有现实应用意义。