·1154 北京科技大学学报 第34卷 且极化电阻R依次变小，也说明随着H,S增加，腐 小，说明H,S同时加速阴极氢气析出和阳极铁溶 蚀加剧.同时可以看出阴极塔菲尔斜率b.和阳极 解.这是由于腐蚀试样表面生成的腐蚀产物没有 塔菲尔斜率b,都随着H,S质量浓度的增加而变 起到保护碳钢的作用. 表3碳钢在25℃时不同H,S质量浓度的NACE溶液中的电化学参数 Table 3 Electrochemical parameters of the carbon steel in NACE solutions with different concentrations of H2S at 25 C H,S质量浓度/(mgL1) Em/V (SCE) R./(n.cm-2) b/(V.dec-1) b./(V.dec-1) icom/(mA.cm-2) 0 -0.604 1143.0 30.673 8.100 0.0098 95.61 -0.651 114.0 15.262 8.087 0.1630 103.22 -0.669 75.3 14.356 7.436 0.2650 224.16 -0.639 44.5 10.760 5.233 0.6100 图2为不同温度下20°碳钢在H,S质量浓度为 表4为由实验测得的的不同腐蚀参数.结合图2和 103.22mgL-的NACE溶液中的动电位极化曲线. 表4可以看出，随着溶液温度的升高，碳钢自腐蚀电 流密度im从0.265mA·cm-2增加到0.809mAcm-2, (a)25℃ 0.2 b)35℃ 腐蚀速率加快因.极化电阻R,从75.3·cm2减小 (c)45℃ 到8.92·cm2,也说明随着温度增加，腐蚀加剧.同 0.4 时可以看出阴极塔菲尔斜率b.和阳极塔菲尔斜率 -0.6 b,也都随着温度的升高而变小，说明温度升高可以 -0.8 同时加速阴极氢气析出和阳极铁溶解.这是由于随 -1.0 着温度升高，试样表面形成的腐蚀产物膜层逐渐溶 -12 解，使得腐蚀加剧 543 2.2碳钢在不同H2S质量浓度、不同温度的 Iglicm/(mA·cm2】 NACE溶液中的电化学阻抗谱 图2不同温度下碳钢在H2S质量浓度为103.22mgL的NACE 图3是在开路电位(0CP)下，碳钢在25℃、不 溶液中的动电位极化曲线 同H,S质量浓度的NACE溶液中的Nyquist图.图4 Fig.2 Potentiodynamic polarization curves of the carbon steel in 是等效电路图，其中图4(a)是不含H,S的等效电路 NACE solution with H2S(103.22 mgL)at different temperatures 图，图4(b)是含有不同质量浓度H,S的等效电路 表4不同温度下碳钢在H2S质量浓度为103.22mgL1的NACE溶液中的电化学参数 Table 4 Electrochemical parameters of the carbon steel in NACE solution with HaS(103.22 mgL)at different temperatures T/℃ Ee/V (SCE) R。/(2-cm2) b /(V.dec-1) b./(V-dec-1) ieea/(mA"cm2） 3 -0.669 75.3 14.356 7.436 0.265 35 -0.683 58.6 12.929 6.965 0.373 45 -0.716 8.9 12.311 5.022 0.809 图，R,表示溶液电阻，R为电荷传递电阻，为吸附 为试样表面铁碳化物的形成过程及其溶解过程)： 电阻，R,和L分别是感抗电阻和电感，CPE山代表双 加入少量H2S(质量浓度为95.61mgL-1)后，电化 电层常相位元件，CPE,代表吸附常相位元件.CPE 学阻抗谱曲线发生了变化，高频区是容抗环，代表双 定义为ZcE=Zo×1/(jw)",其中Zce为恒相位角元 电层电容，象征着电极表面和双电层电容之间的弛 件的阻抗，w为角频率，Z,及n为常数.当n=1时， 豫过程图：随着加入H,S的增多（质量浓度增加至 为理想电容；n=-1时，为电感；n=0时，为纯电阻； 224.16mgL-1),容抗环的直径逐渐变小.同时，分 n=0.5时，为Warburg阻抗.拟合后的电路元件参 析表5中数据可以发现：随溶液中H,S质量浓度的 数值见表5.从图3可知：溶液中不含H2S时，高频 增大(0~224.16mgL-),电荷传递电阻R.逐渐减 区是向下的弧线，可以看出是一个容抗环，在低频区 小(203.4~37.282"cm2),表明碳钢的腐蚀加剧， 也有一个随后的容抗环，可以推知这两个过程分别 这与动电位极化曲线测量的极化电阻的减小趋势北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 且极化电阻 Rp依次变小，也说明随着 H2 S 增加，腐 蚀加剧． 同时可以看出阴极塔菲尔斜率 be和阳极 塔菲尔斜率 ba 都随着 H2 S 质量浓度 的 增 加 而 变 小，说明 H2 S 同时加速阴极氢气析出和阳极铁溶 解． 这是由于腐蚀试样表面生成的腐蚀产物没有 起到保护碳钢的作用． 表 3 碳钢在 25 ℃时不同 H2 S 质量浓度的 NACE 溶液中的电化学参数 Table 3 Electrochemical parameters of the carbon steel in NACE solutions with different concentrations of H2 S at 25 ℃ H2 S 质量浓度/ ( mg·L － 1 ) Ecorr /V ( SCE) Rp /( Ω·cm － 2 ) ba /( V·dec － 1 ) be /( V·dec － 1 ) icorr /( mA·cm － 2 ) 0 － 0. 604 1143. 0 30. 673 8. 100 0. 009 8 95. 61 － 0. 651 114. 0 15. 262 8. 087 0. 163 0 103. 22 － 0. 669 75. 3 14. 356 7. 436 0. 265 0 224. 16 － 0. 639 44. 5 10. 760 5. 233 0. 610 0 图 2 为不同温度下 20# 碳钢在 H2 S 质量浓度为 103. 22 mg·L － 1 的 NACE 溶液中的动电位极化曲线． 图 2 不同温度下碳钢在 H2 S 质量浓度为 103. 22 mg·L － 1的 NACE 溶液中的动电位极化曲线 Fig． 2 Potentiodynamic polarization curves of the carbon steel in NACE solution with H2 S( 103. 22 mg·L － 1 ) at different temperatures 表 4 为由实验测得的的不同腐蚀参数． 结合图 2 和 表 4 可以看出，随着溶液温度的升高，碳钢自腐蚀电 流密度 icorr从 0. 265 mA·cm － 2 增加到0. 809 mA·cm － 2 ， 腐蚀速率加快［6］． 极化电阻 Rp从 75. 3 Ω·cm － 2 减小 到 8. 9 Ω·cm － 2 ，也说明随着温度增加，腐蚀加剧． 同 时可以看出阴极塔菲尔斜率 be和阳极塔菲尔斜率 ba也都随着温度的升高而变小，说明温度升高可以 同时加速阴极氢气析出和阳极铁溶解． 这是由于随 着温度升高，试样表面形成的腐蚀产物膜层逐渐溶 解，使得腐蚀加剧． 2. 2 碳 钢 在 不 同 H2 S 质 量 浓 度、不 同 温 度 的 NACE 溶液中的电化学阻抗谱 图 3 是在开路电位( OCP) 下，碳钢在 25 ℃、不 同 H2 S 质量浓度的 NACE 溶液中的 Nyquist 图． 图 4 是等效电路图，其中图 4( a) 是不含 H2 S 的等效电路 图，图 4( b) 是含有不同质量浓度 H2 S 的等效电路 表 4 不同温度下碳钢在 H2 S 质量浓度为 103. 22 mg·L － 1的 NACE 溶液中的电化学参数 Table 4 Electrochemical parameters of the carbon steel in NACE solution with H2 S( 103. 22 mg·L － 1 ) at different temperatures T /℃ Ecorr /V ( SCE) Rp /( Ω·cm － 2 ) ba /( V·dec － 1 ) be /( V·dec － 1 ) icorr /( mA·cm － 2 ) 25 － 0. 669 75. 3 14. 356 7. 436 0. 265 35 － 0. 683 58. 6 12. 929 6. 965 0. 373 45 － 0. 716 8. 9 12. 311 5. 022 0. 809 图，Rs表示溶液电阻，Rct为电荷传递电阻，Ra为吸附 电阻，RL和 L 分别是感抗电阻和电感，CPEdl代表双 电层常相位元件，CPEa 代表吸附常相位元件． CPE 定义为 ZCPE = Z0 × 1 /( jω) n ，其中 ZCPE为恒相位角元 件的阻抗，ω 为角频率，Z0及 n 为常数． 当 n = 1 时， 为理想电容; n = － 1 时，为电感; n = 0 时，为纯电阻; n = 0. 5 时，为 Warburg 阻抗． 拟合后的电路元件参 数值见表 5． 从图 3 可知: 溶液中不含 H2 S 时，高频 区是向下的弧线，可以看出是一个容抗环，在低频区 也有一个随后的容抗环，可以推知这两个过程分别 为试样表面铁碳化物的形成过程及其溶解过程［7］; 加入少量 H2 S( 质量浓度为 95. 61 mg·L － 1 ) 后，电化 学阻抗谱曲线发生了变化，高频区是容抗环，代表双 电层电容，象征着电极表面和双电层电容之间的弛 豫过程［8］; 随着加入 H2 S 的增多( 质量浓度增加至 224. 16 mg·L － 1 ) ，容抗环的直径逐渐变小． 同时，分 析表 5 中数据可以发现: 随溶液中 H2 S 质量浓度的 增大( 0 ～ 224. 16 mg·L － 1 ) ，电荷传递电阻 Rct逐渐减 小( 203. 4 ～ 37. 28 Ω·cm － 2 ) ，表明碳钢的腐蚀加剧， 这与动电位极化曲线测量的极化电阻的减小趋势 ·1154·