【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
        鹽酸屬還原性強酸，大多金屬或合金在鹽酸介質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腐蝕最好的鎳基耐蝕合金，已廣泛應用于醋酸生產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與電化學試驗，研究濃度與溫度對B-3合金腐蝕行為，了解B-3的材質性能。
( [, @. {: ~7 N& F) d! K        鹽酸濃度對B-3腐蝕速率的影響
3 h" ]4 Y: u4 S8 O9 I  b        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。

- h% P' M6 Z3 h9 I        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，隨著試驗時間延長，腐蝕速率變化不大，表明腐蝕過程中，合金表面狀態比較穩定。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。
7 D# ?% C$ s9 R" B        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，形成明顯的點蝕源頭；30%HCl中晶內的碳化物明顯脫落，發生明顯點蝕現象；37%HCl中點蝕進一步擴展，點蝕的數量和尺寸明顯增加。
         碳化物帶處容易形成元素的富集，造成能量的升高，腐蝕行為優先發生。同時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，鈍化膜進一步遭到破壞，從而使腐蝕進一步擴展。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，點蝕程度逐漸加深。
" F$ @1 e0 Q# z  T" [3 ~        鹽酸濃度對B-3電化學行為的影
        圖4.3為室溫下，Hastelloy B-3在5%、15%、20%、30%、37%HCl中的極化曲線。
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        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比較穩定。同時鈍化區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，鈍化膜穩定性逐漸下降。鈍化膜穩定性下降，材料在鹽酸中的腐蝕速率逐漸增加。
( ?1 U2 d3 }; N) ~! Z& A        圖4.4為HastelloyB-3在室溫下，不同濃度鹽酸中電化學實驗后的微觀腐蝕形貌。


- D2 z" @) H0 @& C0 G        由圖4.4可以看出，位于晶界處的碳化物首先脫落形成點蝕的源頭，并且隨著電化學實驗的進行，點蝕坑深度逐漸增大。在低濃度的鹽酸中，材料有明顯的點蝕坑，晶界和孿晶界并不明顯；隨著鹽酸濃度升高，材料中有明顯的點蝕坑，晶界和孿晶界也有明顯被腐蝕的痕跡。
$ Y0 n8 ], Z7 k; T4 B1 f/ C        在鹽酸環境中，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”的現象，腐蝕容易在晶界處發生。碳化物為富鉬相，碳化物的溶解造成周圍區域鉬元素的貧瘠，鈍化膜穩定性進一步遭到破壞，從而使腐蝕進一步發展。
% H! D+ v, a5 v) E" x5 r! M8 v        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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$ `. |* d2 v6 y. a      圖4.5（a）為腐蝕速率隨溫度變化曲線，當溫度低于60℃時，腐蝕速率增加緩慢，當溫度大于60℃時，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）為每個周期腐蝕速率的變化曲線，隨著時間的延長，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。
        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。


( o+ \0 I1 _+ w; ~2 P% ~       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，出現點蝕現象；在98℃下，晶界和孿晶界腐蝕痕跡進一步加深，碳化物大量脫落，出現嚴重點蝕。
5 n4 t! l& u% n6 B9 I        溫度對B-3電化學行為的影響
0 w% i& E; e' J        圖4.7在15%HCl中，Hastelloy B-3在不同溫度中的極化曲線。
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        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，鈍化區區域變短，試樣很容易進入過鈍化區，形成過鈍化腐蝕；鈍化區曲線斜率減小，電位變化對電流影響增大，鈍化膜穩定性減弱。
7 ^$ B( B4 w1 z# K0 r5 c        圖4.8為不同溫度條件下，HastelloyB-3在15%HCl中的微觀腐蝕形貌。


( o0 U# ^6 O; m' ?3 }2 x! ^        圖4.8可以看出，經過電化學實驗，材料中的析出物脫落，形成了點蝕的源頭。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，點蝕坑數量和尺寸明顯增加。
        HastelloyB-3試驗的總結
- k% _; {8 h( T' A        實驗結果可以看出，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：
/ Q$ h, F% k. ]% V" W. e) e! B        ①鹽酸濃度升高或者溫度上升，材料的腐蝕速率增加；
$ Y1 a$ w; r/ W        ②鹽酸濃度升高或者溫度上升，鈍化區域變窄，鈍化區曲線斜率變小；
        ③鹽酸濃度升高或者溫度上升，過鈍化電位下降；
        但兩者對極化曲線的影響是相反的，主要區別如下：
. y( v$ G$ G9 l5 Q8 T& s        ①鹽酸濃度升高，自腐蝕電位下降；
' ?( V% `* ^& w. V! j3 R% @        ②溶液溫度升高，自腐蝕電位也增加。
        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。因為溫度升高使自腐蝕電位升高的同時，也使過鈍化電位下降，兩者之間的鈍化區域必然變窄。而鹽酸濃度使自腐蝕電位下降的同時也使過鈍化電位下降，鈍化區域沒有明顯變化。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

太專業了，看不懂