【特材知識】鹽酸對Hastelloy B-3的腐蝕影響

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【特材知識】鹽酸對Hastelloy B-3的腐蝕影響
) {) W& ~& v! p. |        鹽酸屬還原性強(qiáng)酸，大多金屬或合金在鹽酸介質(zhì)中都會因活化腐蝕而溶解，工程耐鹽酸腐蝕材料僅限于Ti、Zr、Ta、Nb、W以及鎳基耐蝕合金。HastelloyB-3是目前耐還原性介質(zhì)腐蝕最好的鎳基耐蝕合金，已廣泛應(yīng)用于醋酸生產(chǎn)工藝及鹽酸儲存裝置。通過不同濃度與溫度鹽酸中的浸泡腐蝕試驗(yàn)與電化學(xué)試驗(yàn)，研究濃度與溫度對B-3合金腐蝕行為，了解B-3的材質(zhì)性能。
1 u" L) T2 x- T        鹽酸濃度對B-3腐蝕速率的影響
        圖4.1為80℃下，HastelloyB-3在5%、15%、20%、30%、37%不同濃度鹽酸中的腐蝕速率。
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' ~: R- i$ ^- a" }/ Y$ {5 F        圖4.1（a）為80℃，HastelloyB-3腐蝕速率隨鹽酸濃度的變化，隨著鹽酸濃度提高，腐蝕速率上升，濃度低于20%，上升緩慢；高于20%上升速度加快。由圖4.1（b）為80℃，HastelloyB-3每個(gè)周期腐蝕速率隨鹽酸濃度的變化。同一鹽酸濃度下，隨著試驗(yàn)時(shí)間延長，腐蝕速率變化不大，表明腐蝕過程中，合金表面狀態(tài)比較穩(wěn)定。37%鹽酸中HastelloyB-3腐蝕速率仍然低于0.55mm/a，表明在純鹽酸中具非常好的耐蝕性。
        圖4.2 是80℃中 Hastelloy B-3在5%、15%、20%、30%、37%不同鹽酸濃度中浸泡144h后的微觀腐蝕形貌。

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        5%HCl中晶界處、孿晶界處處有輕微的腐蝕痕跡，碳化物沒有腐蝕；15%HCl中晶界和孿晶處有較輕的腐蝕痕跡，并且晶界處的碳化物明顯脫落；20%HCl中可以看到明顯的碳化物帶，晶界和孿晶界有明顯的腐蝕，并且碳化物脫落，形成明顯的點(diǎn)蝕源頭；30%HCl中晶內(nèi)的碳化物明顯脫落，發(fā)生明顯點(diǎn)蝕現(xiàn)象；37%HCl中點(diǎn)蝕進(jìn)一步擴(kuò)展，點(diǎn)蝕的數(shù)量和尺寸明顯增加。
+ B1 {$ W7 n- Y: A: |; n! k         碳化物帶處容易形成元素的富集，造成能量的升高，腐蝕行為優(yōu)先發(fā)生。同時(shí)由于碳化物為富鉬相，碳化物的脫落造成周圍鉬元素的貧瘠，鈍化膜進(jìn)一步遭到破壞，從而使腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展。隨著鹽酸濃度的上升，晶界和碳化物帶的腐蝕痕跡明顯加深。隨著鹽酸濃度逐漸上升，腐蝕痕跡逐漸加深，點(diǎn)蝕程度逐漸加深。
8 E7 w+ ?* f7 `6 {/ A% @( K        鹽酸濃度對B-3電化學(xué)行為的影
        圖4.3為室溫下，Hastelloy B-3在5%、15%、20%、30%、37%HCl中的極化曲線。

" G  H# b* y+ L( G9 I4 l+ y: X2 y# H" k        由圖4.3可以看出，隨著鹽酸濃度逐漸升高，極化曲線整體下移，自腐蝕電位下降，過鈍化電位下降，但鈍化區(qū)長度與斜率變化不大，鈍化電流密度也未顯著增加，表明隨著鹽酸濃度升高，合金表面鈍化膜的狀態(tài)比較穩(wěn)定。同時(shí)鈍化區(qū)域電流密度逐漸增加，即在相同的鈍化電位下，鈍化電流密度逐漸增加，鈍化膜穩(wěn)定性逐漸下降。鈍化膜穩(wěn)定性下降，材料在鹽酸中的腐蝕速率逐漸增加。
        圖4.4為HastelloyB-3在室溫下，不同濃度鹽酸中電化學(xué)實(shí)驗(yàn)后的微觀腐蝕形貌。

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        由圖4.4可以看出，位于晶界處的碳化物首先脫落形成點(diǎn)蝕的源頭，并且隨著電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，點(diǎn)蝕坑深度逐漸增大。在低濃度的鹽酸中，材料有明顯的點(diǎn)蝕坑，晶界和孿晶界并不明顯；隨著鹽酸濃度升高，材料中有明顯的點(diǎn)蝕坑，晶界和孿晶界也有明顯被腐蝕的痕跡。
& B; l, z/ w; i9 i* n$ ^        在鹽酸環(huán)境中，材料碳化物和晶界容易形成元素的富集，造成能量的升高，在腐蝕過程中容易形成“大陰極小陽極”的現(xiàn)象，腐蝕容易在晶界處發(fā)生。碳化物為富鉬相，碳化物的溶解造成周圍區(qū)域鉬元素的貧瘠，鈍化膜穩(wěn)定性進(jìn)一步遭到破壞，從而使腐蝕進(jìn)一步發(fā)展。
& A; o  o/ w3 Z8 P+ X, @! X! d        溫度對B-3腐蝕速率的影響
        圖4.5為15%HCl中，Hastelloy B-3在室溫、40℃、60℃、80、98℃條件下的腐蝕速率。
       
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      圖4.5（a）為腐蝕速率隨溫度變化曲線，當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，腐蝕速率增加緩慢，當(dāng)溫度大于60℃時(shí)，腐蝕速率急劇增加。98℃下，15%HCl中，HastelloyB-3的腐蝕速率為0.31mm/a，具有一定的耐蝕性能。圖4.5（b）為每個(gè)周期腐蝕速率的變化曲線，隨著時(shí)間的延長，室溫、40℃、60℃、80℃條件下，腐蝕速率基本不變；98℃條件下，腐蝕速率有小幅下降。
# J; b. g% C2 q& N' e9 i/ I        圖4.6為15%HCl中，Hastelloy B-3 在室溫、60℃、80℃、98℃不同溫度浸泡144h 后的微觀腐蝕形貌。
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       在室溫條件下，晶界和孿晶界有輕微腐蝕痕跡，碳化物未被腐蝕；在60℃下，晶界和孿晶界有較輕的腐蝕痕跡，碳化物脫落，形成點(diǎn)蝕的源頭；在80℃下，晶界和孿晶界有明顯腐蝕痕跡，碳化物脫落，出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象；在98℃下，晶界和孿晶界腐蝕痕跡進(jìn)一步加深，碳化物大量脫落，出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕。
        溫度對B-3電化學(xué)行為的影響
4 Z, E& [, D& w, e0 j        圖4.7在15%HCl中，Hastelloy B-3在不同溫度中的極化曲線。

- `' f4 u. R1 y( [# E4 c/ n8 _        隨著溫度上升，合金的自腐蝕電位逐漸升高，過鈍化電位下降，鈍化區(qū)區(qū)域變短，試樣很容易進(jìn)入過鈍化區(qū)，形成過鈍化腐蝕；鈍化區(qū)曲線斜率減小，電位變化對電流影響增大，鈍化膜穩(wěn)定性減弱。
        圖4.8為不同溫度條件下，HastelloyB-3在15%HCl中的微觀腐蝕形貌。
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1 f: P; Q: D/ @; R6 K        圖4.8可以看出，經(jīng)過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，材料中的析出物脫落，形成了點(diǎn)蝕的源頭。在室溫條件下，晶界、孿晶界和碳化物明顯腐蝕。隨著溫度上升，晶界和孿晶界腐蝕痕跡明顯加深，點(diǎn)蝕坑數(shù)量和尺寸明顯增加。
2 R: K( \+ z4 L  n' ~0 P4 N4 f$ {        HastelloyB-3試驗(yàn)的總結(jié)
        實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，鹽酸濃度和溶液溫度對HastelloyB-3腐蝕速率和極化曲線的影響有相似的地方，其中包括：
        ①鹽酸濃度升高或者溫度上升，材料的腐蝕速率增加；
+ N) z3 ~& x# D/ p/ L        ②鹽酸濃度升高或者溫度上升，鈍化區(qū)域變窄，鈍化區(qū)曲線斜率變??；
        ③鹽酸濃度升高或者溫度上升，過鈍化電位下降；
7 P* c# U8 p$ X        但兩者對極化曲線的影響是相反的，主要區(qū)別如下：
        ①鹽酸濃度升高，自腐蝕電位下降；
        ②溶液溫度升高，自腐蝕電位也增加。
2 ^; o* [' R0 ^9 {        因此，兩者對HastelloyB-3在鹽酸中的腐蝕影響程度是不同，與鹽酸濃度相比，溫度是相對更重要的影響因素。因?yàn)闇囟壬呤棺愿g電位升高的同時(shí)，也使過鈍化電位下降，兩者之間的鈍化區(qū)域必然變窄。而鹽酸濃度使自腐蝕電位下降的同時(shí)也使過鈍化電位下降，鈍化區(qū)域沒有明顯變化。即對于Hastelloy B-3，溫度對極化曲線的影響程度大于鹽酸濃度。
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laotounihao

太專業(yè)了，看不懂