第1期 向嵩等：浓硫酸中904L不锈钢焊接接头的耐蚀性能 ·71· 远远大于焊接区的-627mV. Ba m=exp Eee-Ees (1) -0.30 、B。+B。 035 可以看出，影响I的因素有三个：阴极反应和阳极 -0.40 反应的交换电流密度1。.和oc,塔菲尔斜率B.和B。 -0.45 以及反映腐蚀反应化学亲和势的热力学参数E。一 -0.50 。一焊接区 E。。交换电流密度1o.和1o。是动力学参数，显然 -0.55 1o,.和1o.的数值越大，1n越大；塔菲尔斜率B.和B., -0.60 也是动力学参数.它们对I的影响主要是通过 0.65 0 501001500200025003000 exD(EB)这个因子表现出来：B.和B的数值 时间 图2904L奥氏体不锈钢在浓硫酸中的开路电位随时间的变化 愈大，Im愈小；E。c-E。.的数值愈大，腐蚀速度愈 曲线 大.由图3和表2可知，焊接区和基材的E。-E。 Fig.2 Effect of immersed time on the open circuit potential of 904L 与1o.和1o相差不大，主要影响因素为B.和B。,基 stainless steel in concentrated sulfuric acid 材的B.和B.远远大于焊接区，故焊接区的Im大于 图3为904L不锈钢基体和焊接区在浓硫酸下 基材Im,基材的极化电阻(R,)大于焊接区的R,验 的动电位极化曲线，由Tafel直线外推法拟合得到的 证了上述的正确性，符合曹楚南理论☒ 电化学参数如表2所示.在弱极化区，焊接区的极 图4为极化曲线后的微观形貌.由图可知，焊 化曲线位于基材的正下方偏右.焊接区和基材的阴 接区的点蚀坑密度高于基材区.因此，焊缝在腐蚀 极极化曲线无明显变化，均为氢还原反应过程：而阳 环境中因母材和焊缝的电化学差别，在焊接区会产 极极化曲线则有较大的差异.焊接区相对于基材， 生沟槽腐蚀 其自腐蚀电位降低且阳极电流增大，这说明焊接对 阳极反应起促进作用.在-0.4V~-0.1V电位区 间出现明显的钝化行为，表明焊接区表面形成了钝 化膜层，该表面膜层为一层腐蚀产物膜，该产物膜降 低了焊接区的腐蚀速度.但随着极化电位进一步升 高时，对应的电流密度开始增大，这表明腐蚀产物膜 发生溶解或者活化. 0 0-其体 100um -0.2 。接区 图4904L不锈钢在浓硫酸下动电位极化后的表面形貌 04 Fig.4 Surface morphologies of 904L stainless steel after potentiody- -0.6 namic polarization in concentrated sulfuric acid -0.8 图5为904L不锈钢基材与焊接区在浓硫酸溶 -2 液中的交流阻抗Nyquist图.两者的Nyquist图特征 腐蚀电流密度（入·m 相似，均由单一的容抗弧构成，这与试样表面有腐蚀 图3904L不锈钢在浓硫酸溶液下的动电位极化曲线 产物膜覆盖区的溶解有关圆，电化学反应的电荷转 Fig.3 Potentiodynamic polarization curves of 904L stainless steel in 移电阻很大，受电化学反应控制.由图6可知，基材 concentrated sulfurie acid 和焊接区均为一个时间常数 表2Tafl拟合得到的电化学参数 904L不锈钢在浓硫酸溶液中发生腐蚀的主要 Table 2 Fitting electrochemical parameters of Tafel curves 反应如下 位置Eaa/mV/μA B./mV B./mV R/ 阴极反应4： 基体 -335.1 4.848 251.7252.2 5381 2H++2e→H2 (2) 焊接区-626.9 6.232 72.4 73.94186 阳极反应遵循Bockris机理s-: 由腐蚀电流密度Im的表达式☒ Me +H,OMe(H2O), (3)第 1 期 向 嵩等: 浓硫酸中 904L 不锈钢焊接接头的耐蚀性能 远远大于焊接区的 － 627 mV． 图 2 904L 奥氏体不锈钢在浓硫酸中的开路电位随时间的变化 曲线 Fig． 2 Effect of immersed time on the open circuit potential of 904L stainless steel in concentrated sulfuric acid 图 3 为 904L 不锈钢基体和焊接区在浓硫酸下 的动电位极化曲线，由 Tafel 直线外推法拟合得到的 电化学参数如表 2 所示． 在弱极化区，焊接区的极 化曲线位于基材的正下方偏右． 焊接区和基材的阴 极极化曲线无明显变化，均为氢还原反应过程; 而阳 极极化曲线则有较大的差异． 焊接区相对于基材， 其自腐蚀电位降低且阳极电流增大，这说明焊接对 阳极反应起促进作用． 在 － 0. 4 V ～ － 0. 1 V 电位区 间出现明显的钝化行为，表明焊接区表面形成了钝 化膜层，该表面膜层为一层腐蚀产物膜，该产物膜降 低了焊接区的腐蚀速度． 但随着极化电位进一步升 高时，对应的电流密度开始增大，这表明腐蚀产物膜 发生溶解或者活化． 图 3 904L 不锈钢在浓硫酸溶液下的动电位极化曲线 Fig． 3 Potentiodynamic polarization curves of 904L stainless steel in concentrated sulfuric acid 表 2 Tafel 拟合得到的电化学参数 Table 2 Fitting electrochemical parameters of Tafel curves 位置 Ecorr /mV Icorr /μA βc /mV βa /mV Ｒp /Ω 基体 － 335. 1 4. 848 251. 7 252. 2 5381 焊接区 － 626. 9 6. 232 72. 4 73. 9 4186 由腐蚀电流密度 Icorr的表达式［12］ Icorr = I βa βa + βc 0，a ·I βc βa + βc 0，c ·exp ( Ee，c － Ee，a βa + β ) c ( 1) 可以看出，影响 Icorr的因素有三个: 阴极反应和阳极 反应的交换电流密度 I0，a和 I0，c，塔菲尔斜率 βc和 βa 以及反映腐蚀反应化学亲和势的热力学参数 Ee，c － Ee，a ． 交换电流密度 I0，a 和 I0，c 是动力学参数，显然 I0，a和 I0，c的数值越大，Icorr越大; 塔菲尔斜率 βc和 βa， 也是动力学参数． 它们对 Icorr 的影响主要是通过 exp ( Ee，c － Ee，a βa + β ) c 这个因子表现出来: βc和 βa的数值 愈大，Icorr愈小; Ee，c － Ee，a 的数值愈大，腐蚀速度愈 大． 由图 3 和表 2 可知，焊接区和基材的 Ee，c － Ee，a 与 I0，a和 I0，c相差不大，主要影响因素为 βc和 βa，基 材的 βc和 βa远远大于焊接区，故焊接区的 Icorr大于 基材 Icorr，基材的极化电阻( Ｒp ) 大于焊接区的 Ｒp验 证了上述的正确性，符合曹楚南理论［12］． 图 4 为极化曲线后的微观形貌． 由图可知，焊 接区的点蚀坑密度高于基材区． 因此，焊缝在腐蚀 环境中因母材和焊缝的电化学差别，在焊接区会产 生沟槽腐蚀． 图 4 904L 不锈钢在浓硫酸下动电位极化后的表面形貌 Fig． 4 Surface morphologies of 904L stainless steel after potentiody￾namic polarization in concentrated sulfuric acid 图 5 为 904L 不锈钢基材与焊接区在浓硫酸溶 液中的交流阻抗 Nyquist 图． 两者的 Nyquist 图特征 相似，均由单一的容抗弧构成，这与试样表面有腐蚀 产物膜覆盖区的溶解有关［13］，电化学反应的电荷转 移电阻很大，受电化学反应控制． 由图 6 可知，基材 和焊接区均为一个时间常数． 904L 不锈钢在浓硫酸溶液中发生腐蚀的主要 反应如下． 阴极反应［14］: 2H + + 2e － →H2 ( 2) 阳极反应遵循 Bockris 机理［15--16］: Me + H2OMe( H2O) ads， ( 3) ·71·