高温还原性介质中阴极性镀层促进不锈钢基体钝化本质研究

In the harsh environment of complex conditions, particularly temperature of dilute sulfuric acid and other corrosive media, the conventional anode protection methods can not be implemented. Due to the good corrosion resistance ,palladium can provide an effective method for stianless steel in strong corrosion media. No corrosion mechanism research is carried out for the palladium-plated technology on stainless steel . Generally, conventional galvanic cathodic corrosion protection is uesed, on the contray, the project attempts to use it for anodic protection, which is rarely approached. Theory research is also rarely carried out. This project study the structure, composition and electrochemical properties of the passivation film of stainless steel. Investigate the establishment of cathodic coating - Stainless electrochemical model to explain the migration of stainless steel passivation film atomic element valence change mechanism; establish how palladium film promote stainless steel passivation and the passivation film failure electrochemical process, revealing cathodic coatings on stainless steel substrate electrochemical mechanism for cathodic coating provides a theoretical basis used in stainless steel protection.

在环境苛刻复杂条件下，特别是高温稀硫酸等强腐蚀性介质，常规阳极保护方法无法实施。由于钯具有良好的耐蚀性，能够为强腐蚀还原性介质中不锈钢的防腐蚀领域提供行之有效的方法。针对不锈钢表面镀钯防腐蚀技术，其耐蚀机制尚无研究。与惯用的利用电偶腐蚀进行阴极保护正好相反，本项目尝试将其用于阳极保护，这在实践上前人鲜有涉足，其在理论上更是缺少研究。本项目通过对不锈钢表面钝化膜的结构、成分以及电化学性能进行研究，建立阴极性镀层-不锈钢电化学模型，阐述不锈钢钝化膜原子迁移，元素价态变化机制；建立钯膜层促进不锈钢钝化以及钝化膜失效电化学过程，揭示阴极性镀层对不锈钢基体的电化学作用机制，为阴极性镀层应用于不锈钢防护提供理论依据。

不锈钢表面的钝化膜使得不锈钢在很多介质中有着良好的耐蚀性，但是在非氧化性介质，比如高温稀硫酸、高温醋酸中，不锈钢表面的钝化膜会发生溶解，且无法再自修复，使得不锈钢发生腐蚀。为了进一步提高钯合金膜层在醋酸中耐蚀性，本项目对纯Pd膜层进行热处理，在不锈钢表面制备Pd-Co、Pd-Ni/Pd-Cu复合膜层等改进方法，并研究了以上工艺制备的膜层在还原性介质中的耐蚀性。.对不锈钢表面镀钯试样进行热处理，可以除去钯膜层中的氢，使膜层的电化学性能可以得到较大程度的恢复，提高了膜层的自腐蚀电位，从而增强膜层耐蚀性。.与单层Pd-Cu膜层相比较，Pd-Ni/Pd-Cu复合膜层具有更高的硬度，弹性模量和附着力。膜层的孔隙率也明显降低。在搅拌速率为900 r/min并含有0.005 mol/LCl-的沸腾甲乙混合酸中，表面镀有Pd-Ni/Pd-Cu复合膜层的不锈钢试样的腐蚀速率比表面镀有单层Pd-Cu膜层不锈钢试样小了一个数量级。.在80 ℃ 0.5 mol L-1 H2SO4 + 2 ppm F- 溶液中，在316L不锈钢表面电镀钯能够促进不锈钢基体自发钝化。与不锈钢本身的空气氧化膜相比，钝化膜的耐蚀性能明显提高。这可能是因为钝化膜中含有更多的Cr，更高含量的Cr(OH)3与Fe3O4，并且钝化膜有着更小的点缺陷浓度。.在不含Br-的沸腾甲乙混合酸溶液中，Pd膜层及Pd–Co膜层均具有较低的腐蚀速率。但在含0.005 M Br-且有搅拌的溶液中，Pd–Co膜层试样比Pd膜层试样具有更好的耐蚀性。这主要是由于Pd–Co膜层能更有效地阻止溴离子穿透膜层到达基体表面，同时提高了膜层的耐冲蚀和阻碍膜层中微孔扩散的能力。.在模拟PTA冲刷腐蚀环境中，研究了Pd–Co膜层及Pd–Cu膜层对不锈钢的保护作用。随着搅拌速度的增大，Pd–Cu膜层表面由于冲刷腐蚀作用遭受了破坏，试样的失重明显增大；而Pd–Co膜层试样表面保持完整，对不锈钢有更好的保护作用。.此外，研究了含100 g/L SiO2的80℃ 20 wt.% H2SO4溶液中Pd–Co膜层及Pd膜层的耐冲刷腐蚀性能。在高搅拌速度条件下，Pd膜层试样的冲刷腐蚀速率大大增加，而Pd–Co膜层试样的冲刷腐蚀速率却维持在较稳定的范围，显示出了在强腐蚀性环境中良好的耐冲刷腐蚀性能。