1、第18巷 第2期 中国腐蚀与 护学报 I 18No2 1998 6月 JOURNAL OF CHINESE SOCIETY FOR CORROSION AND PROTECTION June 1998 阴极保护对海水间浸 碳钢的防蚀作用 吴建华 温秀忭刘光洲 陈光章 一V (七二五研究所青岛分部 青岛266o71) 捕要 模拟船舶 载水舱的腐蚀环境，探 I丁保护电位 保护电漉密度和间橙牢及其变化对该 环境下Q235B缎低碳钢刚撇保护效粜的影响。结粜袁明t可从胡极保护电位及其变化推断l；Il极 保护的效粜 海水问挂环境下起始的太电漉棚极极化和后续的小电流维持极化可得到良好的 保护效 ，且史为鲐济
2、；推荐海水问浸低碳钢的刚撇保护电位判据为-095V(SCE) 关键词 ，竺 竺璺丝里 监 ，。 一 1 前言 极保护对伞浸海水中的金属具有非常好的保护效 I 。但是对 期性浸没于海水中 的金届结构，其保护效果要下降许多，原因是：(I)结构暴 l 空气期间得不到阴极保护； (2)结构表丽锈蚀及牺牲 极腐蚀产物的附着使得结构的l!Ij极极化率减小；(3)按常规的设 计准则及方法不能存结构表面形成具有自效防蚀作片I的钙质膜。遭受间浸腐蚀的结构主要 有船舶的压载水舱，钢质码义和海洋丁程结构的潮羞带以及滨海电厂 冷却水系统的旋转滤 嘲等因此，探讨驯极保护对该类结构的防蚀作片I可以更自效地控制其腐蚀，延长
3、其使用寿 命 关于船舶 载水舱的腐蚀和阴极保护效果已有一些文献【 J但并未对该环境下的阴极 保护参数及其变化规律作过 入的探讨， 是采用了伞浸结构的有关数据，得到的保护效果 不够理想。 r作存模拟船舶压载水舱的腐蚀环境下，测定不同保护参数和间浸率(即浸水 时间占试虢总时问的百分数)下的保护效果，以探讨它们对海水问浸的低碳钢阴极保护效果 的影响，井确定其保护电位判据，为问浸结构的 极保护设计提供依据。 2 实验方法 试样采片I1二作面秘为45x35x30mm的Q235B级低碳钢板，其化学成分为(wt)：C 016 Si 0035，P 006，S 0 007 Mn 069 实骑胁对试样按ASTM
4、G1进行酸洗，然后用600#水 砂纸抛光，丙酮脱脂，烘干称重。采用图1，图2所示装置分别控制试样的阴极极化电流和 海水雾汽的温度、湿度采用EG&G M352腐蚀测试系统对试样进行恒电位控制和测量线性 极化电阻，试验所片I参比电极为饱和甘汞电极。 首先对试样进行恒电流或恒电位阴极极化，在达到设定的浸水极化时间后取出，置于图 2所示的雾汽腐蚀箱内，达到预定的腐蚀时间后再进行浸水极化，重复上述步骤，试验四 1997-0512收到1997-07-07啊【到 改蒋 2 1 r= 叮 维普资讯 http:/ 中国腐蚀与防护学报 l8卷 周期后，取出试样，去除腐蚀产物，烘干称重，计算腐蚀速率和保护度。在试验
5、过程中同时 进行空白试验 Wter bIth Counter electrode Sample I l l l 孽 Fig1 Schematic of galvanostatic polariz tion testing(Temperature：3O1。C) 3结果和讨论 Fig2 Setup of seawater rfog testing (Temperature：30：1。C，Humidity 90) 3。1 保护电位的变化及其对保护度的影响 图3给出了三个不同保护电流密度和三种不同闯浸率条件下的保护电位一时闯关系 图3a为5zAcm2恒电流极化，间浸率为25 每周期连续浸水5天时四个周
6、期的电位变 化，随试验周期数增加，Et曲线正向移动，该试样处于保护不足状态，由试样失重数据 测得保护度仅为26 图3b为5uAcm2恒电流阴极极化，间浸率为50、每周期浸水l0天的电位一时间关 系，其保护电位随周期数的增加处于一种不稳定的变化状态，在浸水的大部分时间内仍未达 到有效的阴极保护电位，所以其保护度也不高，仅为565 图3c为10zAcm 恒电流极化、间浸率为75、每厨期浸水5天时的电位一时闯关系， 譬 $4 Ed-y I，day Fig3 Potentialtlme curxffis a： cathodic current density：5Acm2；immersion ratio
7、： 25：immersion term：5 days b：cathodic current density：5pAcm ；immersion ratio： 50：immersion term：10 days c：cathodic cutrent density：lO,uAcm2；immersion ratio： 75：immersion term：5 days 维普资讯 http:/ 2期 吴建华等：硐极保护对海水间漫低磺钢的防蚀作用 133 不仅在每个周期内保护电位逐渐负移，而且随试验周期的增加，其保护电位是负移的从保 护电位的数据来看，该试样达到了充分的保护，其保护度达到988 图3的结果
8、表明，间浸结构阴极保护的保护效果不仅可从每周期内的保护电位，而且还 可从保护电位随周期数的变化反映出来 32平均保护电流密度的变化 平均保护电流密度是指恒电位极化时的每试验周期内单位面积试样通过的电量与该周 期浸水试验时间之比图4为电位分别控制在-090V(SCE，下同)和一1OOV、问浸率为25 和333条件下的平均阴极保护电流密度依浸水周期的变化情况显然，这四种条件下在 五个试验周期内所需电量相差不大电位为一1OOV时，保护电流密度逐渐下降，最后维持 在5uAcm ；当问浸率25时，保护度为984，当问浸率333时，保护度98，这有可能 与其表面形成了具有良好保护作用的钙质沉积膜有关电位为
9、一090V时，保护电流密度逐 渐上升，最后达约30tzAcm ；问浸率为25时，保护度665，间浸率为333时，保护度 813，可能与其表面的阴援钙质沉积膜在雾汽腐蚀介质中遭受了很大程度的破坏有关，且 该膜在 9OV时难以修复 Fig4 Relationship between average ca- thodic current density and test cycle 见，海水问浸的低碳钢在受到阴极极化 时，其腐蚀率下降；电位为-090V时，仍 有可规的腐蚀率，而当电位负于一095V 时，腐蚀率较低且依问浸率的升高，腐蚀 率下降，尤其是电位为一l_O0V时。腐蚀 率处于很低的水平，约为
10、0025mma 图5数据说明，对问浸结构的阴极保护若 采月j-080V电位判据，不能使结构得到 良好的保护，而需要采用更负的保护电位 判据，这一点在实践中已得到证实 34保护电位判据 图4所示的试验现象还说明，对间浸的低 碳钢采用起始的大电流极化至较负的电 位后，在后续的浸水周期内只需维持较低 的保护电流密度，这不仅可大大提高保护 效果，而且在经济上更为合理，这可能与 较负电位下形成了在海水雾汽腐蚀环境 中具有保护性的阴极钙质沉积膜有关 33阴极保护对海水间浸腐蚀的抑 作 用 图5示出了四种不同电位条件下， 低碳钢腐蚀率与间浸率的关系，由图可 0 5 10 l5 20 2S 3O 333 Im
11、mtllon ratio一氍 Fig5 Corrosion rate vs immersion ratio 问浸结构的阴极保护效果与很多因素有关(如保护电流密度、问浸率、浸水时问 温度 等)，但主要与保护参数有关即被保护体是否能够快速达到某一保护电位，并在此保护电 位下快速形成具有抑制潮湿空气腐蚀的阴极钙质沉积膜；而再浸水极化时，在该保护电位的 ， 0 _，i- E；0 0|J u， 维普资讯 http:/ 134 中国腐蚀与防护学报 l8卷 作Jj下， 质沉积膜的遭破坏部分可得到自 效修补，t这样才能得到较高的保护度，图4、图 5的结畏充分说l J了这一点。图6绗出了不同极化电位 20问浸率
12、、每周期浸水5天、经 四周期试验后存海水中自然腐蚀条件下测到的线性极化电阻的变化。 图6可见，极化电阻随着极化成 膜电位的负移 增大，这是卜I于电位较 负时，电极表而的pH较l岛_5J-成膜的I羽 离子(OH一，c0：一)浓度大，使得成膜离子 过饱和度太，膜的生长速度增加。另一方 而，lU位较负时，电极表而的Mg 很快 卜I于Mg(OH)2沉淀的形成Ii耗 ，更霄 利于CaCO3的生长和修复 。 冈6表IJJ随电位的负移，开始时极 化电月1的增大值较小，但电位负于某一数 值时，极化 m迅速增lJJn 口r采片图6中 示出的外延法虫求出浚点的数值，结果为 一095V。闪此，存极化电位负于0 95
13、V 时，可形成极化电m犬、致帘、易 修复 的I羽极保护 质沉秘膜，自。效地阻碍氧 昌 U = 0 1，2111OO，908-07-0-B Fv(scE) Fig6 Relationship between linear polarlza- tion resistance R，and cathodic poteliM E 向金科表而的扩散，从 大大提岛问浸结构的阴极保护效果，这一数值与圈5的数据n对 应，可作为州浸结构的I羽极保护电位判据。 4 结论 1)刚极保护可以抑制海水问浸低碳钢的腐蚀，若保护参数选择得合适，可使保护度达 90以上 2)海水问浸低碳钢的刚极保护效果，不仅与浸水期能否达到有效
14、的刚极保护电位有戈， 而且也与保护电位依周期数的变化自戈，在评价问浸结构的阴极保护效果时尤其出当注意。 3)对海水问浸的低碳钢采片变电流法实施阴极保护，即起始大电流极化加看续小电流 维持极化非常有效，不仅可以得到良好的保护效果，而且可以节省牺牲阳极材料或 电量 较为经济。 4)海水问浸的低碳钢不宜采Jj一0,80V作为保护电位判据，推荐采Hi-095V的保护电位 判据。 参 考 文 献 1火时中 l 化学保护，北 ：化学T业lIl版什，1987，P108 2 制利也防铺镐珲，197923(11)：12 3 Fultz B S MateriaPerformance，1988l 277)：24 4
15、 Heffig Jr L CTitcomb A Nnestigation of Internal Corrosion and Corrosion Control Alternatives in Commercial Tankship ADA120600，1981 5 Dexter S CLin S H Corrosion 1992，48(1)：50 6 Hartt W H，Cnlberson H Corrosion，1984，40(11)：609 维普资讯 http:/ 2期 员建华等：嘲极保护对海水间浸低碳钢的防蚀作用 135 ANTICoRRoSIoN EFFECT oF CATHoDIC
16、 PR0TECTIoN oN MILD STEEL IMMERSED CYCLICALLy IN SEAWATER WU Jian-hua WEN Xiubian LIU Guang-zhou CHEN Guang-zhang (Qingdao Branch Luoyang Material Research Institute，Qiagdao 266071) ABSTRACT By cyclic immersion testing for simulation of water ballast tank condition，th effect of protective potentia1p
17、rotective ctlrrent density and immersion ratio on protection effectiveness for Q235B grade mild steel w&s investigatedThe experimental results indicated that protective efficiency might he higher than 90if cathodic protection parameters“*VeFe chosen appropriately，and that protection effectiveness wo
18、uld vary with the immersion Cycle numberThe investigation also showed that better results could be achieved by applying high current initially，followed by low currentt and then less electric energy would be tOnSilIed For mild steel immersed cyclically in seawater095V(SCE)was suggested as the protective poteutiacriteria KEY WORDS Cathodic protection，Cyclic seawater immersion，Mild steel，VCater ballast tank， Protective potential criteria 维普资讯 http:/
