盐酸对哈氏合金b3的腐蚀影响的试验总结.docx
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盐酸对哈氏合金b3的腐蚀影响的试验总结
研制高品质哈氏合金、高温合金、镍基合金。
盐酸属还原性强酸,大多金属或合金在盐酸介质中都会因活化腐蚀而溶解,工程耐盐酸腐蚀材料仅限于Ti、Zr、Ta、Nb、W以及镍基耐蚀合金。
HastelloyB-3是目前耐还原性介质腐蚀最好的镍基耐蚀合金,已广泛应用于醋酸生产工艺及盐酸储存装置。
通过不同浓度与温度盐酸中的浸泡腐蚀试验与电化学试验,研究浓度与温度对B-3合金腐蚀行为,了解B-3的材质性能。
浓度对B-3腐蚀速率的影响
图4.1为80℃下,哈氏合金b3在5%、15%、20%、30%、37%不同浓度盐酸中的腐蚀速率。
图4.1(a)为80℃,HastelloyB-3腐蚀速率随盐酸浓度的变化,随着盐酸浓度提高,腐蚀速率上升,浓度低于20%,上升缓慢;高于20%上升速度加快。
由图4.1(b)为80℃,哈氏合金b3每个周期腐蚀速率随盐酸浓度的变化。
同一盐酸浓度下,随着试验时间延长,腐蚀速率变化不大,表明腐蚀过程中,合金表面状态比较稳定。
37%盐酸中HastelloyB-3腐蚀速率仍然低于0.55mm/a,表明在纯盐酸中具非常好的耐蚀性。
图4.2是80℃中哈氏合金b3在5%、15%、20%、30%、37%不同盐酸浓度中浸泡144h后的微观腐蚀形貌。
5%HCl中晶界处、孪晶界处处有轻微的腐蚀痕迹,碳化物没有腐蚀;15%HCl中晶界和孪晶处有较轻的腐蚀痕迹,并且晶界处的碳化物明显脱落;20%HCl中可以看到明显的碳化物带,晶界和孪晶界有明显的腐蚀,并且碳化物脱落,形成明显的点蚀源头;30%HCl中晶内的碳化物明显脱落,发生明显点蚀现象;37%HCl中点蚀进一步扩展,点蚀的数量和尺寸明显增加。
碳化物带处容易形成元素的富集,造成能量的升高,腐蚀行为优先发生。
同时由于碳化物为富钼相,碳化物的脱落造成周围钼元素的贫瘠,钝化膜进一步遭到破坏,从而使腐蚀进一步扩展。
随着盐酸浓度的上升,晶界和碳化物带的腐蚀痕迹明显加深。
随着盐酸浓度逐渐上升,腐蚀痕迹逐渐加深,点蚀程度逐渐加深。
浓度对B-3电化学行为影响
图4.3为室温下,哈氏合金b3在5%、15%、20%、30%、37%HCl中的极化曲线。
由图4.3可以看出,随着盐酸浓度逐渐升高,极化曲线整体下移,自腐蚀电位下降,过钝化电位下降,但钝化区长度与斜率变化不大,钝化电流密度也未显著增加,表明随着盐酸浓度升高,合金表面钝化膜的状态比较稳定。
同时钝化区域电流密度逐渐增加,即在相同的钝化电位下,钝化电流密度逐渐增加,钝化膜稳定性逐渐下降。
钝化膜稳定性下降,材料在盐酸中的腐蚀速率逐渐增加。
图4.4为哈氏合金b3在室温下,不同浓度盐酸中电化学实验后的微观腐蚀形貌。
由图4.4可以看出,位于晶界处的碳化物首先脱落形成点蚀的源头,并且随着电化学实验的进行,点蚀坑深度逐渐增大。
在低浓度的盐酸中,材料有明显的点蚀坑,晶界和孪晶界并不明显;随着盐酸浓度升高,材料中有明显的点蚀坑,晶界和孪晶界也有明显被腐蚀的痕迹。
在盐酸环境中,材料碳化物和晶界容易形成元素的富集,造成能量的升高,在腐蚀过程中容易形成“大阴极小阳极”的现象,腐蚀容易在晶界处发生。
碳化物为富钼相,碳化物的溶解造成周围区域钼元素的贫瘠,钝化膜稳定性进一步遭到破坏,从而使腐蚀进一步发展。
温度对哈氏合金b3腐蚀速率的影响
图4.5为15%HCl中,哈氏合金b3在室温、40℃、60℃、80、98℃条件下的腐蚀速率。
图4.5(a)为腐蚀速率随温度变化曲线,当温度低于60℃时,腐蚀速率增加缓慢,当温度大于60℃时,腐蚀速率急剧增加。
98℃下,15%HCl中,哈氏合金b3的腐蚀速率为0.31mm/a,具有一定的耐蚀性能。
图4.5(b)为每个周期腐蚀速率的变化曲线,随着时间的延长,室温、40℃、60℃、80℃条件下,腐蚀速率基本不变;98℃条件下,腐蚀速率有小幅下降。
图4.6为15%HCl中,哈氏合金b3在室温、60℃、80℃、98℃不同温度浸泡144h后的微观腐蚀形貌。
在室温条件下,晶界和孪晶界有轻微腐蚀痕迹,碳化物未被腐蚀;在60℃下,晶界和孪晶界有较轻的腐蚀痕迹,碳化物脱落,形成点蚀的源头;在80℃下,晶界和孪晶界有明显腐蚀痕迹,碳化物脱落,出现点蚀现象;在98℃下,晶界和孪晶界腐蚀痕迹进一步加深,碳化物大量脱落,出现严重点蚀。
温度对哈氏合金b3电化学行为的影响
图4.7在15%HCl中,哈氏合金b3在不同温度中的极化曲线。
随着温度上升,合金的自腐蚀电位逐渐升高,过钝化电位下降,钝化区区域变短,试样很容易进入过钝化区,形成过钝化腐蚀;钝化区曲线斜率减小,电位变化对电流影响增大,钝化膜稳定性减弱。
图4.8为不同温度条件下,哈氏合金b3在15%HCl中的微观腐蚀形貌。
图4.8可以看出,经过电化学实验,材料中的析出物脱落,形成了点蚀的源头。
在室温条件下,晶界、孪晶界和碳化物明显腐蚀。
随着温度上升,晶界和孪晶界腐蚀痕迹明显加深,点蚀坑数量和尺寸明显增加。
HastelloyB-3试验的总结
实验结果可以看出,盐酸浓度和溶液温度对哈氏合金b3腐蚀速率和极化曲线的影响有相似的地方,其中包括:
①盐酸浓度升高或者温度上升,材料的腐蚀速率增加;
②盐酸浓度升高或者温度上升,钝化区域变窄,钝化区曲线斜率变小;
③盐酸浓度升高或者温度上升,过钝化电位下降;
但两者对极化曲线的影响是相反的,主要区别如下:
①盐酸浓度升高,自腐蚀电位下降;
②溶液温度升高,自腐蚀电位也增加。
因此,两者对哈氏合金b3在盐酸中的腐蚀影响程度是不同,与盐酸浓度相比,温度是相对更重要的影响因素。
因为温度升高使自腐蚀电位升高的同时,也使过钝化电位下降,两者之间的钝化区域必然变窄。
而盐酸浓度使自腐蚀电位下降的同时也使过钝化电位下降,钝化区域没有明显变化。
即对于哈氏合金b3,温度对极化曲线的影响程度大于盐酸浓度。
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