張素霞1  宋克興1,2  國秀花1, 2  張彥敏1，2  李曉孟1

（1．河南科技大學材料科學與工程學院；2．河南科技大學河南省有色金屬材料科學與加工技術重點實驗室）

摘要在自制的管材沖刷試驗機上，研究了ϕ20 mm和ϕ38 mm的兩種B10合金管在人工海水中的沖刷腐蝕行為，測試了不同管徑的合金管在相同流速的人工海水中腐蝕速率的變化。結果表明，人工海水的流速一定時，B10合金管的腐蝕速率隨著沖刷時間的延長逐漸降低，最后趨于平穩。流速為3．0 m/s時，ϕ38 mm管材比ϕ20 mn1的管材腐蝕速率大。ϕ38 mm的管材沖刷48 h后開始形成較完整的鈍化膜，而ϕ20 mm的管材在沖刷時間為96 h時才開始形成鈍化膜。

 關鍵詞  B10銅鎳合金管材；腐蝕速率；腐蝕質量損失；電化學阻抗

 中圖分類號TG172.5；TG146.1DOI:10. 15980/j．tzzz．2016. 06. 032

 B10合金(CDA706)因耐海水腐蝕性能優良，腐蝕的溫度敏感性較低，且具備優良的抗污性能而被廣泛應用于海洋工程中。該合金除用于大型油輪的螺旋槳、船體包殼外，主要用作管件，如冷凝管、海水管系等構件。陳海燕等研究了B10和B30合金在Na Cl溶液中的電化學腐蝕行為，發現在給定電位的Na Cl溶液中B10合金的腐蝕分為脫鎳和脫銅兩種。林岳耘等研究了B10合金在海水中腐蝕一段時間后，表面會形成一層致密的腐蝕鈍化膜，從而阻止其進一步腐蝕，增強了合金的耐蝕性。LOTFOLLAHI M等研究發現較大的海水流速會加快銅鎳合金的腐蝕。流動海水中氯化物的含量也是影響銅鎳合金沖刷腐蝕速率的重要因素。針對B10合金沖刷腐蝕的研究較多，但是對其管材在實際應用中的沖刷腐蝕問題的研究比較少，尤其是B10合金管材的管徑大小對其沖刷腐蝕速率的影響。因此，本課題采用自制的模擬流動海水對管材的沖擊腐蝕試驗機，研究了管徑大小對B10合金管材耐沖刷腐蝕性能的影響。

1  試驗方法

1.1  試驗材料與制備

 試驗材料為B10合金管材，試樣尺寸及成分分別見表1和表2。

試驗前將試樣進行超聲清洗，洗凈后放在120℃的烘干箱中烘烤10 min，使其表面干燥，然后采用FA2004N型分析天平稱量其試驗前后的質量，試驗介質為人工海水。

  1.2試驗方法

 將處理好的管材試樣裝在自制的模擬管材沖刷腐蝕的試驗機上進行循環海水沖刷腐蝕試驗，設置人工海水的流速為3.0 m/s，沖刷時間分別為12、24、48、96、192 h，沖刷完成后立刻取下試樣，盡量保持其表面狀態進行電化學測試、質量損失測試（精確度為0.000 1 g）

以及微觀腐蝕形貌分析。

 電化學測試采用三電極體系在CHI660D電化學工作站上進行，參比電極為飽和甘汞電極( SCE)，輔助電極為石墨，電解質溶液為3. 5%的NaCl溶液，整個試驗在室溫下進行。交流阻抗譜的測試頻率范圍為0.1 Hz～100 kHz，交流激勵信號幅值為5 mV;線性極化掃描速率為5 mV／s，開路電位(OCP)。微觀腐蝕形貌觀察采用JSM-5610型掃描電鏡。

2  結果與分析

2.1  腐蝕質量損失與腐蝕速率

 圖1是兩種B10合金管經人工海水沖刷腐蝕不同時間后的質量損失。流動海水沖刷腐蝕條件下，材料的質量損失主要有兩個方面原因造成：一是以離子狀態流失的電化學腐蝕分量，即法拉第分量；二是以原子狀態流失的沖刷腐蝕分量，即非法拉第分量。用質量損失方法所得到的腐蝕速率包含了這兩個質量損失分量，從而可以較準確地反應材料的腐蝕情況。從圖1可以看出，隨著沖刷時間的延長，B10合金管的質量損失呈逐漸增加的趨勢，說明在整個試驗過程中腐蝕一直在進行。沖刷過程中，試樣表面的合金元素與溶液中的鹽離子發生化學反應使B10合金管質量發生變化，部分金屬發生化學反應后生成的化合物留在了合金的表面，從而形成了腐蝕鈍化膜，阻止了內部金屬的進一步腐蝕。從圖1還可以看出，在試驗的初始階段質量損失增加的比較快，隨著沖刷時間的延長，質量損失增加的速率逐漸減小。ϕ20 mm的B10合金管在48～96 h質量損失增加得最為緩慢，后來又有所上升，這是因為該管在3.0m/s的流速下沖刷48 h后表面的鈍化膜的形成逐漸致密完整并相對穩定。繼續沖刷腐蝕到96 h后，由于流動海水對合金管表面的沖刷力的作用會對氧化膜造成破壞，所以合金管在最后一個試驗階段的質量損失速度加快。ϕ38 mm的管材發生上述變化的時間有所提前，這可能是由于管徑的不同而造成的。

 圖2為兩種管隨著沖刷時間延長的腐蝕速率變化。可以看出，在沖刷腐蝕的初期，腐蝕速率較大，后期速率逐漸減小并趨于穩定。ϕ38 mm的管在沖刷腐蝕過程中的腐蝕速率大于ϕ20 mm的，從腐蝕速率曲線的變化可以發現，ϕ38 mm的管材在前48 h內腐蝕速率變化較快，隨后變得平穩。ϕ20 mm的管材在前96 h內腐蝕速率變化得較快，96 h后腐蝕速率幾乎不再變化。這說明大管徑的腐蝕速率較小管徑的大。

2.2  電化學測試

2.2.1  沖刷腐蝕后自腐蝕電位(corr)的變化

 圖3是ϕ20 mm的B10合金管在人工海水中沖刷腐蝕不同時間后的自腐蝕電位。可以發現，B10合金管在流動的海水中沖刷一段時間后在靜態海水中的自腐蝕電位較為穩定，除沖刷了12 h的合金管的自腐蝕電位有輕微的負移外，其余的變化很小，這說明靜態的海水對B10合金的腐蝕小于流動的海水。其次，隨著沖刷時間的延長，合金的自腐蝕電位正移，說明試樣表面逐漸生成氧化膜，沖刷12、24、48 h后的自腐蝕電位相差不大，但是沖刷96 h后，自腐蝕電位明顯高出許多，說明此時的B10合金管表面生成的氧化膜較為致密。

 圖4是ϕ38 mm的B10合金管在經過人工海水沖刷腐蝕不同時間后的自腐蝕電位。可以看出，其自腐蝕電位的變化與ϕ20 mm的基本一致，但數值比ϕ20 mm管的低，說明其耐蝕性不如ϕ20 mm管，但是其在沖刷96 h后的自腐蝕電位比ϕ20 mm管沖刷96 h后的自腐蝕電位高，說明其生成鈍化膜的時間較快一些。

2.2.2  動電位極化行為的變化

2.2.3交流阻抗譜( EIS)的變化

 圖6是B10合金管在流速為3．0 m/s的人工海水中沖刷不同時間后的電化學阻抗。從圖6a可以看出，聲20 mm的合金管在高頻區隨著沖刷時間的延長，容抗弧的半徑是逐漸增大的，所以合金表面電阻隨著沖刷時間是變大的，沖刷96 h后容抗弧半徑增加明顯，合金管表面的耐蝕性增強，表明合金管表面氧化膜形成逐漸完整致密。圖6b與圖6a相比，不同的是在沖刷時間為48 h時，容抗弧半徑就開始增大。

2.3  微觀腐蝕形貌分析

 圖7和圖8分別為ϕ20 mm和ϕ38 mm的B10合金管經過人工海水沖刷腐蝕12、48、96 h后的微觀腐蝕形貌。可以看出合金管經過沖刷腐蝕后表面生成白色的腐蝕物，同一管徑的試樣隨著沖刷時間的延長，表面生成的腐蝕產物增多。從圖7a可以發現，ϕ20 mm的管沖刷12 h后的表面幾乎看不到白色的腐蝕物，48 h后腐蝕物增多，隨著沖刷時間的延長表面的腐蝕產物逐漸覆蓋了金屬的表面，且分布較為均勻。對比圖7a和圖8a可知，二者腐蝕形貌相差不大，說明在短期的沖刷腐蝕下，合金表面變化不大。從圖8b可以發現，表面的腐蝕物增多，96 h后腐蝕物繼續增多，但是腐蝕物較為疏松，其對合金的保護不如圖7c的氧化膜。

3  結  論

 (1)人工海水的流速為3.0 m/s時，B10合金管的腐蝕速率隨著沖刷時間的延長逐漸降低，最后趨于平穩，管徑為ϕ38 mm的管比ϕ20 mm的腐蝕速率大。

 (2)人工海水的流速為3.0 m/s時，ϕ38 mm管沖刷時間在48 h后開始形成較完整的鈍化膜，而ϕ20 mm管在沖刷96 h時才開始形成鈍化膜，比管徑為ϕ38 mm的管材形成鈍化膜稍晚，但是其表面鈍化膜比較致密。