阳极极化条件下碳钢在3.5% NaCl溶液中的氢渗透行为
作者单位：中国科学院海洋研究所中国科学院海洋坏境腐蚀与生物污损重点实验室 中国科学院海洋大科学研究中心 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋腐蚀与防护开放工作室 中国科学院大学 Federal Institute for Materials Research and Testing Donghua University College of Environmental Science and Engineering Technical University and Mining Academy Freiberg University Duisburg-Essen
会议名称：《2018年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会》
会议日期：2018年
学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
基 金：国家自然科学基金钢铁联合基金U1660112资助~~
摘 要：氢对钢铁材料的环境敏感断裂起着重要作用。氢致开裂(HAC)问题一直是高强度钢发展的主要技术问题之一,因为HAC问题的发生与其强度水平成正比[1]。在许多领域为降低建筑材料总重量对高强度钢需求增加[2]。由于绿色发展战略的实施,高强度钢在海上设施中的应用也将具有相同的发展趋势,即通过使用较少的材料来满足相同的强度要求。由于碳钢在海洋环境中的腐蚀较严重,钢结构一般要采用阴极保护进行防护[3]。然而,不适当的阴极保护可能导致这些高强度钢在海水中因氢脆失效,这是由于施加的过负电位导致的氢渗透。在本文作者最近进行的实验研究中,通过在3.5%NaCl溶液和在含有耗氢微生物的溶液中对碳钢施加不同的极化电位确定氢渗透明显增加的电位时发现,阳极电位下氢渗透电流也增加,如图1所示。这一现象引起了作者的关注和兴趣。阴极电位下的氢渗透研究得较多[4],但阳极极化下的氢渗透研究很少见。文献检索表明,Flis和Zakrozymyski等人在铁薄膜于弱碱和中性溶液(碳酸盐/碳酸氢盐,磷酸盐,乙酸盐溶液)中弱阳极极化下观察到氢渗透电流峰,但增强的氢渗透之前阴极预极化。认为由于加速的阳极氧化使金属表面得到更新、由于铁氧化引起近金属表面溶液的酸化以及可能催化析氢反应的氧化物/氢氧化物的形成促进了氢进入金属中[5]。我们所用的溶液和实验方法不同于等人采用的方法[5]。我们所采用的极化电位是强阳极极化电位。强阳极极化下的氢渗透电流无法用Flis和Zakrozymyski等人提出的机理来解释[5]。碳钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀产物多孔疏松,不能附着在试样表面。溶液中微量的腐蚀产物使表观pH降低是值得怀疑的。更重要的是,随着阳极电位的增加,析氢反应受到抑制。为了确认在3.5%NaCl溶液中阳极极化下的氢渗透现象,使用供应态和真空退火的片状试样仔细进行了实验。结果和分析表明,阳极极化下观察到的氢渗透电流来源于阳极极化下试样中氢的释放。所观察到的现象有望发展为确定钢中氢浓度测量的新技术。