鄭傳熔

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350108）

1 緒論

1.1 土壤腐蝕的研究現(xiàn)狀

當(dāng)今世界，每年都有大量的鋼在土壤中腐蝕老化，所以全世界有大量學(xué)者研究如何減緩鋼在土壤中的腐蝕速率。影響土壤腐蝕的因素多種多樣，有的單獨(dú)作用，有的互相作用，人們很難找到土壤的腐蝕規(guī)律[1-2]。

1.2 主要研究?jī)?nèi)容

本實(shí)驗(yàn)利用電化學(xué)測(cè)試手段，主要從4個(gè)方面進(jìn)行研究。

（1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)目前金屬材料在土壤中的腐蝕研究方法、土壤腐蝕數(shù)據(jù)處理方法、防腐措施等進(jìn)行深入了解。

（2）熟悉CR-6型土壤腐蝕性測(cè)量及評(píng)價(jià)系統(tǒng)的原理及使用方法。

（3）選定實(shí)驗(yàn)方案，制定詳細(xì)且可行的實(shí)驗(yàn)步驟。

（4）分析目前的土壤防腐措施，并選定一種防腐方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論防腐效果。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)所用儀器是CR-6型腐蝕性測(cè)量?jī)x和烘干機(jī)，其中，CR-6型腐蝕性測(cè)量?jī)x采用I型電極電纜線（適用同種材料三電極）。

2.2 研究試樣及實(shí)驗(yàn)藥品

2.2.1 研究試樣

選用Q235B材料的鋼，為高25 mm、直徑6 mm的圓柱形，試樣工作面積是5 cm2。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)藥品

無(wú)水乙醇，冰醋酸，去離子水，硫酸鎂固體，硫脲，烏洛托品。

2.3 實(shí)驗(yàn)用品

200目篩子，電子稱量?jī)x，燒杯，金相砂紙，10、50、100、1 000 mL量筒各一個(gè)。

2.4 緩蝕劑烏洛托品和硫脲的緩蝕機(jī)理

本實(shí)驗(yàn)采用的緩蝕劑有兩種，一種是烏洛托品，另一種是硫脲。兩種都屬于吸附膜型緩蝕劑，是借助緩蝕劑分子在金屬表面形成保護(hù)膜，阻絕氣體與鋼材的接觸，達(dá)到減緩、抑制鋼材電化學(xué)腐蝕的效果[3]。

3 緩蝕劑烏洛托品、硫脲的防腐實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用電子稱量?jī)x稱量質(zhì)量分別為0.4、0.6、0.8、 1.0 g的樣品。（2）加入去離子水至20 g，分別編號(hào)為1、2、3、4，充分?jǐn)嚢?。?）稱量4份80 g已烘干土壤，將攪拌好的溶液分別加入放有土壤的燒杯中進(jìn)行混合，以備實(shí)驗(yàn)。（4）實(shí)驗(yàn)前先將所有Q235B鋼用砂紙磨光，再用乙醇洗過(guò)吹干，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用CR-6型腐蝕性測(cè)量?jī)x測(cè)量腐蝕數(shù)值。（5）記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 pH為6時(shí)的腐蝕電流密度

先用醋酸與土壤混合，配制出pH=6的土壤試樣，用CR-6型腐蝕性測(cè)量?jī)x測(cè)出其腐蝕電流密度為7.43 μA/cm2。

4.2 緩蝕劑烏洛托品

為獲得Q235B鋼在含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)烏洛托品的土壤中的腐蝕情況，根據(jù)土壤理化性質(zhì)的分析，模擬配制烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的土壤樣本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 與烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的腐蝕電流密度

在以上4組腐蝕數(shù)中，選用腐蝕電流密度來(lái)表達(dá)Q235B鋼在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)烏洛托品下的腐蝕情況，繪制成圖1。

在圖1中，以烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，以腐蝕電流密度為縱坐標(biāo)，觀察Q235B鋼的腐蝕速率隨著烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系。由圖1可知，Q235B鋼腐蝕速率在烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)最小。

圖1 腐蝕電流密度隨烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況

由公式：緩蝕效率=（pH為6時(shí)的腐蝕電流密度－加入緩蝕劑的腐蝕電流密度）/pH為6時(shí)的腐蝕電流密度×100%，計(jì)算不同烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的緩蝕效率，列于表1最后一列。

由表1最后一列數(shù)據(jù)可以得出，當(dāng)烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，緩蝕效率達(dá)到最大。這是由于當(dāng)溶液中的烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定值時(shí)，對(duì)試樣金屬也具有一定的腐蝕作用，因?yàn)榱渭谆陌返姆肿又杏幸粋€(gè)較大的環(huán)，使其能在鐵表面產(chǎn)生靜電吸附，單個(gè)六元環(huán)在金屬表面的覆蓋面積較大，所以低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的烏洛托品就能達(dá)到較好的效果。當(dāng)溶液中的緩蝕劑分子增多，多余的烏洛托品分子會(huì)與吸附在金屬表面的分子相互作用，使得烏洛托品分子脫落[4]。

4.3 緩蝕劑硫脲對(duì)腐蝕速率的影響

為獲得Q235B鋼在含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫脲的土壤中的腐蝕情況，根據(jù)土壤理化性質(zhì)的分析，模擬配制硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的土壤樣本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫脲下的腐蝕電流密度值

在表2列出的4組腐蝕數(shù)據(jù)中，選用腐蝕電流密度表達(dá)Q235B鋼在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫脲下的腐蝕情況，繪制成圖2。

圖2 腐蝕電流密度隨硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況

圖2以硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，以腐蝕電流密度為縱坐標(biāo)，觀察Q235B鋼腐蝕速率隨著硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系。由圖2可知，隨著硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，腐蝕電流密度先減小后增大，在硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)達(dá)到最小。

由公式：緩蝕效率=（pH為6時(shí)的腐蝕電流密度－加入緩蝕劑的腐蝕電流密度）/pH為6時(shí)的腐蝕電流密度×100%，計(jì)算不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫脲下的緩蝕效率，列于表2最后一列。

從表2最后一列數(shù)據(jù)觀察Q235B鋼緩蝕效率隨著硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系。由表2可知，當(dāng)硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，緩蝕效率達(dá)到最大，其原因與烏洛托品相似，只是硫脲是化學(xué)吸附，硫脲分子與金屬表面原子發(fā)生電子轉(zhuǎn)移形成吸附化學(xué)鍵，進(jìn)而形成保護(hù)膜；當(dāng)硫脲分子過(guò)多之后，其與試樣金屬電子轉(zhuǎn)移變多，加快了極化反應(yīng)，使緩蝕效率降低。

5 結(jié)論

為了減緩Q235鋼在土壤中的腐蝕，選用緩蝕劑烏洛托品和硫脲來(lái)驗(yàn)證其防腐效率。含水量、孔隙、pH和Cl離子濃度等因素不在本次研究范圍內(nèi)。主要結(jié)論是：

（1）當(dāng)烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，緩蝕效率最大。

（2）當(dāng)硫脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，緩蝕效率最大。

（3）在相同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，硫脲的緩蝕效率優(yōu)于烏洛托品。