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316L不銹鋼管磨損表面電化學阻抗譜分析

文章作者: 人氣: 發表時間:2021-04-19 08:24:11

電化學阻抗(EIS)可以有助于研究應用載荷對316L不銹鋼管耐腐蝕性的影響,以及人工海水工況下316L不銹鋼管微觀結構變化對電化學性能的影響。本文采用電化學阻抗方法分析不同載荷下316L不銹鋼管磨損表面在人工海水工況的電化學特征。其實驗過程為:首先,測試開路電位10min,待電位穩定后開始測量;施加的正電位幅值為10mV,頻率測量范圍為10Hz~10KHz。實驗完成后用ZSimpWin分析軟件對阻抗數據進行電化學等效電路擬合,分析磨損過程316L不銹鋼管微觀結構變化對電化學阻抗的影響。

3-12為海水工況下316L不銹鋼管磨損面的阻抗和相位角變化曲線圖,從圖中可以分析316L不銹鋼管在不同載荷磨損后電化學(阻抗和相位角變化)性能特征。一般來說,低頻率的阻抗值被用來間接評價材料的耐腐蝕性能,從圖3-12可以得出,在0N,100N,300N,500N載荷下,頻率0.01Hz對應的阻抗值分別為619.95k?.cm2,280.68k?.cm2,128.74k?.cm2,126.28k?.cm2,316L不銹鋼管磨損表面具有更小的阻抗值;從相位角曲線可以得出,隨所加載荷的增大,磨損表面具有更小的相位峰,且相位角也稍微減小。此結果表明316L不銹鋼管磨損表面具有更高的電容性能,使磨損表面產生更多的電荷積累,加速了不銹鋼的腐蝕。從圖3-12還可以得出,低頻率下的磨損表面相位角變化更為緩慢,表明滑動磨損過程中磨損表面所發生的微觀結構變化,對磨損面的電化學特征產生了影響。

利用ZSimpWin分析軟件對阻抗數據進行電化學等效電路擬合,其交流阻抗譜圖等效電路如圖3-14所示,通過實驗數據和擬合數據得出316L不銹鋼管磨損表面在海水工況下的Nyquist曲線圖3-13,從圖中數據可以得出316L不銹鋼管在海水工況下的微觀結構變化對電化學阻抗的影響。首先,所有磨損與未磨損基體都有相同的電容性半圓弧,且隨所加載荷的增加,電容性半圓弧的半徑逐漸減小,這表明海水工況下的摩擦磨損減弱了不銹鋼磨損面的電化學性能;S.NagarajanM.Karthega2007)提出R//CPE等效電路(圖3-12)準確地描述316L不銹鋼管在海水工況下的電化學性能,從擬合等效電路中得到重要的實驗參數(αOX,QOX,ROXRE)如表3-2所示,其中QOX,ROXRE分別為雙層界面電容、電荷轉移電阻和溶液電阻(Orazemetal,2006)。從表3-2可以得出,隨應用載荷的增加,磨損表面的雙層界面電容QOX增大并伴隨著電荷轉移電阻ROX減小,表明磨損表面發生了更快的電荷轉移,這主要是因為在海水工況下的摩擦磨損所產生的馬氏體和未轉變的奧氏體組成了微觀電耦合(Abreuetal,2006),加快了不銹鋼的腐蝕。


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