图 5 为 TP304 材质换热板在不同 Cl-质量浓度城市中水中动电位循环极化曲线。由图 5 可见,在考察的 Cl-质量浓度范围内, TP304 换热板电极动电位循环极化曲线均存在钝化区,同时在回扫过程中均出现滞后环,表明电极表面钝化膜受到一定破坏,这可能与换热板表面存在点腐蚀坑有关。
表 4 为 TP304 换热板在不同 Cl-质量浓度城市中水中动电位循环极化曲线分析结果, 图 6 为点蚀电位和再钝化电位与 Cl-质量浓度的变化关系。 由表4 和图 6 可见: 在 Cl-质量浓度从 6.5 mg/L 增加至23 mg/L 的过程中, TP304 换热板的点蚀电位和再钝化电位均随着 Cl-质量浓度的增加而降低;当 Cl-质量浓度高于 13 mg/L 时,动电位循环极化曲线上点蚀电位和再钝化电位均出现大幅下降,表明材质点蚀敏感性急剧增大,发生稳态点蚀反应。可见,13 mg/L 为 TP304 换热板在该介质条件下发生点蚀的临界 Cl-质量浓度。值得注意的是, TP304 换热板
2.3 pH 值影响
在 Cl-质量浓度 127 mg/L 条件下,考察了 TP304换热管在不同 pH 值( 6.60 和 6.97)城市中水的动电位循环极化曲线,结果如图 7 所示。由图 7 可见:当城市中水 pH 值为 6.97 时,循环极化曲线无滞后环,即电极钝化膜处于稳定状态,无点蚀倾向,此时城市中水 Cl-质量浓度低于该 pH 值下 TP304 换热管的点蚀临界 Cl-质量浓度( 135 mg/L) ; 当城市中水 pH 值降至 6.60 时,循环极化曲线回扫过程中出现滞后环,点蚀电位和再顿化电位显著下降,表明TP304 换热管点蚀敏感性急剧增大,发生稳态点蚀反应。因此,城市中水 pH 值对 TP304 换热管的点蚀敏感性具有显著影响。另一方面,当城市中水 pH值为 6.60 时, TP304 换热管处于点蚀敏感区,由此推测该条件下 TP304 换热管的点蚀临界 Cl-质量浓度低于试验值( 127 mg/L)。
2.4 点蚀行为分析
不锈钢良好的耐蚀性能来自其表面钝化膜,降低了金属表面的反应能力,从而提高了其耐蚀性能,该钝化膜存在不断向溶液中溶解和形成新的钝化层的动态平衡[10-11]。大量研究者认为[12-13]: 氯离子对不锈钢的腐蚀符合吸附膜理论,即氯离子与氧争夺金属表面的活性点,使钝化膜难于形成;随着氯离子质量浓度增大,吸附于钝化膜的数量增多,使得材料表面存在大量缺陷位,导致钝化膜稳定性降低,最终促使钝化膜破裂腐蚀。 这与本文的研究结果一致,随着城市中水氯离子质量浓度的升高,TP304 点蚀敏感性增加,并在某一临界氯离子质量浓度发生点蚀。当 TP304 不锈钢表面存在点腐蚀坑时,金属表面粗糙度显著提高,导致暴露更多活性点位,侵蚀性阴离子更易于吸附,促使不锈钢表面钝化膜的破坏,从而导致不锈钢发生稳态点蚀[14-15]。由于城市中水中 Cl-的存在,使得 TP304 不锈钢表面呈弱酸性,弱酸性环境促进了不锈钢在表面活性点产生腐蚀,因此 pH 值的降低进一步推动了腐蚀的发生。
3 结 论
1) 在某地区城市中水( pH=6.97)中,热网加热器 TP304 材质换热管和换热板在 95 ℃下的点蚀临界 Cl-质量浓度分别为 135 mg/L 和 13 mg/L。
2) TP304 换热板点蚀临界 Cl-质量浓度远低于TP304 换热管, 这归因于其表面点腐蚀坑的存在和粗糙度的增加。
3) 城市中水 pH 值的降低导致不锈钢表面酸性环境加剧,进一步推动了腐蚀的发生,导致点蚀临界 Cl-质量浓度降低。
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