第10期 吴坤湖等：模拟地热水环境中304不锈钢管材的结垢与腐蚀电化学行为 .1267. 180r 度随着电位变负而逐渐增大，在一1.0V时阴极电 140 Mg,Ca(CO,) 流密度急剧增大，这可能与H的还原析出(2H十 CaCO, 2e=H2↑)有关 ·MgCO, 100 eNaCl -2 60 -3 -5 20 40 60 80 100 A-50℃ 20/() B…60℃ C,709℃ -7 D--80℃ 图5模拟地热水中不锈钢管浸泡30d后表面结垢产物的XRD 图谱 -0.8-0.40 0.40.8 Fig.5 XRD pattern of scaling products on the surface of stainless 电位，EV(SCE) steel pipes immersed in simulated geothermal water for 30d 图7不锈钢在不同温度模拟地热水中的极化曲线 Fig.7 Polarization curves of stainless steel pipes in simulated geothermal water with different temperatures 表3是图7中极化曲线的解析结果.当温度从 -0.2 50℃提高到80℃后，点蚀电位E从0.225V降低 -0.3 到0.192V,自腐蚀电流iom从1.200×10-5A· cm-2增大到2.149×10-5Acm2,说明温度对不 -0.4 锈钢在模拟地热水中的点蚀敏感性起促进作用，这 -0.501092030040050600700 是因为随着温度的升高，C1厂在金属表面积聚，化学 时间h 吸附量增加，导致钝化膜被破坏的活性点增多2]. 表3不锈钢在不同温度模拟地热水中极化曲线的特征值 图6不绣钢在模拟地热水中开路电位随浸泡时间的变化 Table 3 Eigenvalue of the polarization curves of stainless steel pipes in Fig.6 Change in open'circuit potential of stainless steel pipes in simulated geothermal water with different temperatures simulated geothermal water with immersion time ion T/C E/V Eoon/V 影响，由于典型地热水的温度一般为50~80℃，因 (10-5Acm-2) 此这里选取50,60,70和80℃作为温度点来考察不 50 0.225 -0.398 1.200 锈钢在不同温度模拟地热水中的电化学行为 60 0.244 -0.336 1.539 从图7不锈钢在不同温度模拟地热水中的极化 70 0.222 -0.323 1.535 曲线可以看出，不同温度的阳极区极化曲线在电位 80 0.192 -0.331 2.149 大于自腐蚀电位的区域显示为平台，说明不锈钢在 图8和图9是不锈钢在不同温度模拟地热水中 此电位下表面形成钝化膜，不锈钢电极的溶出反应 Fe一2e=Fe2+得到了抑制.当电极电位升高到 的Bode图（其中，Z为阻抗值，0为相位角，f为频 率)·从图8可以看出，随着温度的提高，阻抗值不 0.19V以后，极化电流密度急剧增大，不锈钢发生了 断减小，这可能是因为低温下形成的钝化膜较为完 点蚀.50℃下的极化曲线上阳极区的电流密度有一 整，同时C1厂在金属表面的积聚和化学吸附量随着 个缓慢增大的过程，说明在该温度下304不锈钢的 温度升高而增加导致不锈钢表面饨化膜上被破坏的 点蚀是因为饨化膜表面吸附阴离子导致局部钝化膜 活性点增多，这与极化曲线测试的结果也是相吻合 的破坏加速而发生的10]；而60~80℃的极化曲 的.图8中不同温度下的Bode阻抗图在高频区和 线上阳极区电流密度在某一特定电位突然增大，表 低频区都没有形成平台，说明这个阻抗特征主要为 明该温度范围内不锈钢的点蚀是因为钝化膜表面吸 不锈钢表面的钝化膜容抗，不锈钢电极上还没有发 附的阴离子穿透局部钝化膜而发生的，从曲线上还 生显著的电化学腐蚀过程，同时在阻抗频率图中各 可观察到，各个温度下的极化曲线阴极区的电流密 温度下的交流阻抗曲线均为一段不完整的容抗弧，图5 模拟地热水中不锈钢管浸泡30d 后表面结垢产物的 XRD 图谱 Fig．5 XRD pattern of scaling products on the surface of stainless steel pipes immersed in simulated geothermal water for30d 图6 不锈钢在模拟地热水中开路电位随浸泡时间的变化 Fig．6 Change in open-circuit potential of stainless steel pipes in simulated geothermal water with immersion time 影响．由于典型地热水的温度一般为50～80℃‚因 此这里选取50‚60‚70和80℃作为温度点来考察不 锈钢在不同温度模拟地热水中的电化学行为． 从图7不锈钢在不同温度模拟地热水中的极化 曲线可以看出‚不同温度的阳极区极化曲线在电位 大于自腐蚀电位的区域显示为平台‚说明不锈钢在 此电位下表面形成钝化膜‚不锈钢电极的溶出反应 Fe—2e Fe 2＋ 得到了抑制．当电极电位升高到 0∙19V以后‚极化电流密度急剧增大‚不锈钢发生了 点蚀．50℃下的极化曲线上阳极区的电流密度有一 个缓慢增大的过程‚说明在该温度下304不锈钢的 点蚀是因为钝化膜表面吸附阴离子导致局部钝化膜 的破坏加速而发生的［10—11］；而60～80℃的极化曲 线上阳极区电流密度在某一特定电位突然增大‚表 明该温度范围内不锈钢的点蚀是因为钝化膜表面吸 附的阴离子穿透局部钝化膜而发生的．从曲线上还 可观察到‚各个温度下的极化曲线阴极区的电流密 度随着电位变负而逐渐增大‚在—1∙0V 时阴极电 流密度急剧增大‚这可能与 H ＋的还原析出（2H ＋＋ 2e H2↑）有关． 图7 不锈钢在不同温度模拟地热水中的极化曲线 Fig．7 Polarization curves of stainless steel pipes in simulated geothermal water with different temperatures 表3是图7中极化曲线的解析结果．当温度从 50℃提高到80℃后‚点蚀电位 Eb 从0∙225V 降低 到0∙192V‚自腐蚀电流 icorr 从1∙200×10—5 A· cm —2增大到2∙149×10—5 A·cm —2‚说明温度对不 锈钢在模拟地热水中的点蚀敏感性起促进作用．这 是因为随着温度的升高‚Cl —在金属表面积聚‚化学 吸附量增加‚导致钝化膜被破坏的活性点增多［12］． 表3 不锈钢在不同温度模拟地热水中极化曲线的特征值 Table3 Eigenvalue of the polarization curves of stainless steel pipes in simulated geothermal water with different temperatures T／℃ Eb／V Ecorr／V icorr／ （10—5 A·cm —2） 50 0∙225 —0∙398 1∙200 60 0∙244 —0∙336 1∙539 70 0∙222 —0∙323 1∙535 80 0∙192 —0∙331 2∙149 图8和图9是不锈钢在不同温度模拟地热水中 的 Bode 图（其中‚Z 为阻抗值‚θ为相位角‚f 为频 率）．从图8可以看出‚随着温度的提高‚阻抗值不 断减小‚这可能是因为低温下形成的钝化膜较为完 整‚同时 Cl —在金属表面的积聚和化学吸附量随着 温度升高而增加导致不锈钢表面钝化膜上被破坏的 活性点增多‚这与极化曲线测试的结果也是相吻合 的．图8中不同温度下的 Bode 阻抗图在高频区和 低频区都没有形成平台‚说明这个阻抗特征主要为 不锈钢表面的钝化膜容抗‚不锈钢电极上还没有发 生显著的电化学腐蚀过程．同时在阻抗频率图中各 温度下的交流阻抗曲线均为一段不完整的容抗弧‚ 第10期 吴坤湖等： 模拟地热水环境中304不锈钢管材的结垢与腐蚀电化学行为 ·1267·