文摘

阳极溶解反应的速率方程的球墨铸铁在硫酸溶液在298 K进行了研究。珠光体铸铁有不同的区域。阳极塔费尔斜率为0.043 V的十年⁻¹和反应的羟基离子活度1得到的线性电位扫描技术。阳极电流密度不取决于珠光体的面积。没有区别的阳极溶解反应机制之间的纯铁,球墨铸铁。铸铁的阳极电流密度高于纯铁。

1。介绍

铸铁广泛用于管道在中性环境中,比如水和土壤。大量的实验研究进行了实际使用的铸铁(1- - - - - -8]。一种腐蚀铸铁是一种选择性浸出独有的攻击通常被称为碳化腐蚀(9,89页)。石墨网络形式称为石墨层的耐蚀阶段。因此,铸铁的耐腐蚀性能是高于钢。不一定是这样的。

Laque报道,铸铁的腐蚀速率低于钢的大海上空的大气层(2]。然而,巴黎和Bruniere [1)和Horikawa et al。10)发现,铸铁的腐蚀速率几乎等于钢在水和大气。此外,一本书说,碳化腐蚀不发生在球墨铸铁,因为石墨网络不存在9,89页),而另一个作者报道,它发生在灰色和球墨铸铁(11]。这些不一致的结果来自碳化腐蚀的复杂性。阐明铸铁的腐蚀机制,需要深入研究。本文讨论了黑色矩阵的电化学溶解。

铸铁是珠光体组成的矩阵,铁素体矩阵,石墨粒子。珠光体的面积影响物理性能如抗拉强度、伸长率、硬度(12]。珠光体矩阵是一种片状铁素体和渗碳体的混合物。因此,铁素体和渗碳体之间的接口的长度变得大而增加珠光体区域。丰塔纳(9,页面28-31]崔德威当时和张伯伦[13]中描述他们的书,晶界高能化学领域和更活跃。这本书由埃文斯说,晶界附近的地区可能具有电化学性能不同于晶粒内部的14]。因此,珠光体的面积可能影响机制和黑色金属的阳极溶解速度矩阵。

作者的知识,很少有研究铸铁的溶解反应机理。本调查的目的是确定动力学参数和阳极溶解反应的速率方程的珠光体球墨铸铁在不同地区硫酸的解决方案。

2。实验

2.1。标本

球墨铸铁的化学成分的标本(以下简称铸铁)表1。珠光体铸铁有不同的准备。砂型,如图1用于铸造。标本的剪板5毫米厚。珠光体区域总表面积的比值,通过改变热处理工艺控制,如图2。铸铁是珠光体组成的矩阵,铁素体矩阵,石墨粒子。和石墨颗粒面积比总表面积,,分别定义: 珠光体矩阵是一种片状铁素体和渗碳体的混合物。如果它是假定在珠光体基体铁素体的面积是一样大的渗碳体,铁素体区总表面积的比值,表达的是 减少与增加从0.79到0.54 从0到0.57,如表所示2,而不会改变。石墨粒子的平均直径在所有的标本大约是20μm。图3显示了样本的显微照片。

1厘米的铸铁²是磨1000沙砾碳化硅(SiC)纸,用丙酮脱脂,铭刻在1 M H₂所以₄解决方案在323 K 5秒,用蒸馏水冲洗,干燥的空气。

2.2。测试解决方案

硫酸溶液pH = 1.0, 2.0,和3.0准备。这些测试解决方案包含Na₂所以₄作为支持电解质,离子强度保持在0.5摩尔dm⁻³。测试解决方案与纯氮气和真空搅拌搅拌棒。搅拌转速的酒吧并不影响阳极电流密度。

2.3。测量

标本被设定在一个空单元。纯氮是通过细胞为3600秒。标本不暴露在空气中后,在细胞中设置。测试解决方案与纯氮真空储层被介绍给细胞。600秒的腐蚀电位是衡量标本被曝光后的测试解决方案。随后,从腐蚀电位线性电位扫描开始。扫描速度的范围从0.005到0.1 V⁻¹。一块新的测试被用于每个测量。铂对电极。使用氯化钾饱和Ag-AgCl参比电极。解决样品和参比电极之间的电阻是由交流阻抗测量方法,与2 kHz的频率和振幅为0.010 V。规模上的电极电位是表示她校正后的欧姆电位降。电化学测量都是在298 K。渗碳体和石墨粒子被认为不参加阳极溶解。阳极电流密度的计算 在哪里阳极电流密度,是观察到的阳极电流,是总表面积。

3所示。结果与讨论

3.1。由于解散铸铁阳极电流密度

稳态时可以测量阳极电流扫描速度低于0.1 V⁻¹。图4显示了阳极极化曲线的标本。3在硫酸溶液pH = 2.0。阳极电流密度不依赖于扫描率在0.005到0.1 V⁻¹。这个范围的扫描率不影响在其他小灵通的极化曲线。

图5说明了稳态阳极极化曲线的标本。3在ph 1.0到3.0,一个潜在的扫描速度为0.01 V⁻¹。每个曲线有一个塔费尔地区覆盖多个十年。阳极塔费尔斜坡是0.043 V的十年⁻¹。

很明显,阳极电流密度由于解散铸铁以恒定的电极电位取决于pH值,如图5。表达了阳极电流密度(5)的反应顺序,节中,将讨论3.3。考虑 在哪里阳极反应的速率常数,在电极表面的羟基离子活度,然后呢电极电位。

阳极溶解反应是由表面反应控制过程,因为对流条件不影响极化曲线。因此,在电极表面的羟基离子活度是一样的,在大部分的解决方案。0.043 V塔费尔斜率的十年⁻¹在(5)非常接近。阳极电流密度,的铸铁可以表达的 在哪里是羟基离子活度在本体溶液,法拉第常数,是气体常数,是绝对温度。

3.2。的影响比珠光体区域的阳极电流密度

珠光体区域的比例关系,阳极电流密度,,进行了探讨。图6显示了块对在不断的电极电位和小灵通。的影响在阳极电流密度不是观察到。这意味着加速阳极溶解的铁素体和渗碳体之间的接口可以忽略不计。

3.3。确定反应的顺序对羟基离子活动

三种方法确定反应顺序对羟基离子活度检查。

3.3.1。第一种方法

反应顺序,,是由部分区分对pH值(6)。考虑 图7显示了块对pH值的任何标本nos.从1到4V。图所示,一条直线斜率为1。

3.3.2。第二种方法

的偏微分对pH值表示 方程(8)提出了一个常数的电极电位阳极电流密度是博士,如果一个线性函数在(8),右边的价值=−0.040 V的pH值⁻¹在298 K。电极电位之间的关系一个厘米⁻²和pH值对任何标本图所示8。直线的斜率−0.040 V的pH值⁻¹是画的。

3.3.3。第三种方法

pH值在腐蚀电位的影响进行了探讨。阳极电流与阴极电流腐蚀电位相等。Bockris等人的阴极电流密度和凯利透露,纯铁如下(15,16]: 在哪里阴极电流密度和吗阴极反应的速率常数。现在的作者已经证实,球墨铸铁的阴极电流密度也由(9)。阴极电流的乘积和总表面积。计算出的阳极电流(4)和(6)。在腐蚀电位(10),通过结合(4),(6)和(9)。考虑 在哪里腐蚀电位和吗是水的电离常数。因此,给出了pH值在腐蚀电位的影响 通过假设右边的值(11)=−0.060 V pH值⁻¹在298 K。图9显示了块与pH值为1到4号的任何标本。之间的线性关系和pH值被证实,如图。观察到的边坡正是−0.060 V的pH值⁻¹。

这是证明了三种方法达到同样的结果。

3.4。铸铁阳极溶解反应的机制

铁溶解反应的机制在酸解已被许多研究人员提出了15- - - - - -37]。总结了典型机制的动力学参数表3。机制由布霍费尔和赫斯勒,阳极塔费尔斜率为0.030 V的十年⁻¹在298 K,反应顺序对羟基离子活度是2 (18- - - - - -20.]。根据Bockris et al .,阳极的阳极溶解反应的特征是塔费尔斜率为0.040 V的十年⁻¹在298 K和一阶依赖羟基离子活度(15]。Abdul Azim和萨那德报道,阳极塔费尔斜率为0.060 V的十年⁻¹在298 K,反应顺序对羟基离子活度是1 (37]。这些结果是指不同的实验条件。洛伦兹等人研究了热处理的影响铁的阳极溶解速率(21,38]。他们发现,阳极塔费尔斜率为0.030 V的十年⁻¹当样品退火温度低于673 K。阳极塔费尔斜率为0.040 V的十年⁻¹样品的退火温度高于1023 K。

在目前的研究中,标本经验的热处理在993 K和1173 K改变珠光体区。中使用的铁丝电极Bockris研究在火炉中加热15分钟在873至1173 K温度电化学测量。0.040 V塔费尔斜率的十年⁻¹通过目前的作者和Bockris实验既发现了洛伦茨等。作者的结果支持以下提出的铁的阳极溶解机制Bockris et al。15]。考虑

阳极电流密度是表示从人物的情节5来8如下: 纯铁,凯利透露,铁的阳极溶解的速率方程如下(16]:

铸铁的阳极电流密度高于纯铁。合金硫和磷倾向于促进阳极反应,即使这些元素的含量低于0.02%11,39]。本研究包含的铸铁0.01%硫和磷的0.013%。铸铁的阳极电流密度由这些元素被认为是刺激。

4所示。结论

阳极溶解的球墨铸铁珠光体不同地区硫酸的解决方案进行了研究。主要结果如下。(1)铸铁的阳极电流密度是表示 这符合提出的纯铁Bockris et al。(2)阳极电流密度不取决于珠光体的面积。加速阳极溶解的铁素体和渗碳体之间的接口可以忽略不计。(3)纯铁之间没有区别在阳极溶解反应机制和球墨铸铁。