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材料研究学报  2015, Vol. 29 Issue (1): 60-66    DOI: 10.11901/1005.3093.2014.457
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在不同pH值模拟酸雨溶液中纯铜的腐蚀行为*
钟万里1(),聂铭1,梁永纯1,马元泰2,李瑛2
1. 广东电网有限责任公司电力科学研究院 广州 51000
2. 中国科学院金属研究所 沈阳 110016
Corrosion Behavior of Pure Copper in Simulated Acid Rain of Different pH
Wanli ZHONG1(),Ming NIE1,Yongchun LIANG1,Yuantai MA2,**,Ying LI2
1. Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation, Guangzhou 51000, China
2. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
引用本文:

钟万里,聂铭,梁永纯,马元泰,李瑛. 在不同pH值模拟酸雨溶液中纯铜的腐蚀行为*[J]. 材料研究学报, 2015, 29(1): 60-66.
Wanli ZHONG, Ming NIE, Yongchun LIANG, Yuantai MA, Ying LI. Corrosion Behavior of Pure Copper in Simulated Acid Rain of Different pH[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2015, 29(1): 60-66.

全文: PDF(3474 KB)   HTML
摘要: 

使用电化学阻抗(EIS)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)等手段, 研究了纯铜在不同pH值模拟酸雨溶液中的腐蚀行为。结果表明, 在不同pH值的模拟酸雨溶液中纯铜的阻抗谱特征有很大差异, 说明纯铜有不同的腐蚀机制。XPS分析结果表明, 在模拟酸雨溶液的pH值为3时纯铜表面主要生成Cu2O, pH值为5时表面主要生成CuO, pH值为6时表面生成Cu2O和CuO的混合物。O2和H+共同影响纯铜的腐蚀历程, 在低pH值环境中腐蚀的控制步骤是溶解氧通过双电层的扩散, H+的存在起促进作用。随着pH值的升高H+的促进作用逐渐减弱, 纯铜的腐蚀主要受氧的去极化过程控制。

关键词 金属材料材料失效与保护纯铜酸雨腐蚀扩散    
Abstract

The corrosion behavior of pure copper in simulated acid rain of different pH was investigated by using electrochemistry impedance spectroscopy (EIS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) as well as SEM. The results show that the impedances of pure copper in simulated acid rain of different pH present various characteristic, indicating the different corrosion mechanisms. The results of XPS show that cuprous oxide only form on the surface of pure copper in pH=3 solution and cupric oxide only exist in pH=5 solution as well as the mixture of both oxides appear in pH=6 solution. The diffusion of O2 and H+ through solution may influence the corrosion process of pure copper. In low pH solution, the diffusion of dissolved oxygen through double electric layer is the rate-controlling step due to the promotion of the hydrogen ion. With increase of pH value, the oxygen of depolarization effect mainly control the corrosion process of pure copper without the effect of hydrogen ion.

Key wordsmetalic materials    materials failure and protection    pure copper    acid rain    corrosion    diffusion
收稿日期: 2014-05-06     
基金资助:* 广东电网公司项目K-GD2013-0498002-001资助。
图1  在pH=3的模拟酸雨中纯铜表面的阻抗谱
图2  在pH=5的模拟酸雨中纯铜表面的阻抗谱
图3  在pH=6的模拟酸雨中纯铜表面的阻抗谱
Time Rs Qc n1 Rct W Qf n2 Rf
(h) (Ωcm2) (106 Fcm-2) (Ωcm2) (Ωcm2) (106 Fcm-2) (Ω·cm2)
1 34.1 60 0.67 749 0.01625 - - -
5 33.2 79 0.67 451 0.01434 - - -
25 28.1 180 0.61 19 0.03049 6700 0.75 71
50 29.8 130 0.61 10 0.02912 4700 0.84 84
75 27.0 220 0.59 7.6 0.02898 4300 0.78 93
表1  溶液的pH=3时阻抗谱拟合结果
Time Rs Qc n1 Rct W Qf n2 Rf
(h) (Ωcm2) (106 Fcm-2) (Ωcm2) (Ωcm2) (106 Fcm-2) (Ω·cm2)
1 33.5 22 0.75 2623 0.0086 - - -
5 33.7 23 0.75 2418 0.0011 - - -
25 34.3 23 0.71 736 - 130 0.77 14000
50 35.6 44 0.59 762 - 140 0.72 15200
75 36.1 89 0.59 1982 - 110 0.65 15000
表2  溶液的pH=5时阻抗谱拟合结果
Time Rs Qc n1 Rct Qf n2 Rf
(h) (Ωcm2) (106 Fcm-2) (Ωcm2) (106 Fcm-2) (Ω·cm2)
1 32.0 19 0.72 6615 78 0.75 22000
5 32.2 7.2 0.79 8142 24 0.85 33000
25 32.5 6.2 0.86 1600 46 0.90 25000
50 32.1 6.9 0.76 5674 85 0.88 25000
75 32.3 9.1 0.75 7769 59 0.87 38000
表3  溶液的pH=6时阻抗谱的拟合结果
图4  图1-3中电化学阻抗谱的等效电路
图5  在模拟酸雨溶液中浸泡不同时间纯铜表面腐蚀产物的Cu2p谱图
图6  在模拟酸雨溶液中浸泡不同时间纯铜表面腐蚀产物的CuLMM谱图
图7  在 pH=3的模拟酸雨溶液中浸泡不同时间纯铜表面的微观形貌
图8  在pH=5的模拟酸雨溶液中浸泡不同时间纯铜表面的微观形貌
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