1、前言

海洋环境中，大多数金属设备受到流动海水的冲击而发生严重的冲刷腐蚀，如舰船的船体和螺旃桨等造成直接或间接的经济损失。海洋冲刷腐蚀的研究，可以为实海环境中金属设备的设计和维护提供有力的依据。国内外众多学者已经开展大量工作，研究了碳钢、不锈钢和铜合金等典型金属材料的冲刷腐蚀影响因素及作用机制一。目前海水冲刷，腐蚀研究主要是结合失重和电化学测试等手所在实验室模拟工况环境中进行，采用的试验方法有旋转试验、管流试验和喷射冲击试验等B6]。由于影响冲刷腐蚀的因素众多，尤其是海洋环境复杂多变，实验室能否真正准确控制模拟条件存在很大争议。因此,有必要设计制作了ZS-1 型实海冲刷腐蚀试验装置，对舟山海水环境中高速转动的3C船析钢试样进行连续动态的电化学测试和失重实验研究其在实海中的冲刷腐蚀行为。

2、实验方法

ZS- 1型实海冲刷腐蚀试验装置系统由上、下两部分组成图1)。上部分(室内部分)是固定在试验站平台，上的传动部件及电化学测试仪器等图1a)。电机转速变频可调配有光电转速表。下部分是平台下的转轴图1b)采用空心设计有助于电极引线穿过并与电刷相连，以方便电化学测试。转轴的底部装有圆盘(图1c)，圆盘能够始终浸没在海水中进行高速旋转实验，转速在191 r/min^1146 r/min 范围内可调相当于流速范围1 m/s~6 m/s。 圆盘上共可以装载12 个试样，同时进行3组不同流速的冲刷腐蚀实验。由于转轴很长转轴下部安装如图1d所示的固定架及提拉式轴套，以保证转轴能够稳定转动，轴心不会偏移。参比电极和辅助电极固定在轴套外层，也始终浸没在海水中。因此,该装置能够直接在实海中完成高速转动试样的连续动态电化学测试和失重实验。

实验材料选用实海环境中船舶常用的3C 船柝钢。圆柱形试样的非工作面涂封后嵌入圆盘，工作表面能够完全裸露并与圆盘平面高度一致，有效工作面积为1.71cm。腐蚀前、后的试样表面按照GB-5776-89金属材料在表面海水中常规暴露腐蚀试验方法》处理。

采用ZS-1型实海冲刷腐蚀实验装置进行连续72h的冲刷腐蚀失重实验，实验期间同时进行电化学阻抗谱(EIS )等测试。测试期间海水平均温度为.21.7 C。

电化学测试采用三电极体系，配备了两套参比和辅助电极：一套是Ag/AgCI参比电极和商品型条状Ti 混合氧化物辅助电极另一套是纯锌参比电板和铂辅助电极。电化学阻抗谱测试在腐蚀电位下进行施加正弦电位扰动10 mV频率范围为1.55 kHz~65.5 mHz，对数扫频。采用PRINCETON应用研究公司的PARSTAT2263电化学系统，测试软件为PowerSuite。

3、结果与讨论

3.1一定流速下的实海冲刷腐蚀特征3C钢实海冲刷72 h的失重结果表明,流速为↑m/s和2 m/s时的腐蚀速度比较接近，分别为1.64 g/m'*-h和1.67 g/m'-h ,流速达到3 m/s时，3C钢的腐蚀速度有了显著增加,达到2.53 g/m'-h，说明3C钢的腐蚀速度随着流速的增大递增。

图2是流速分别为1m/s、2m/s和3m/s时3C钢腐蚀电位随时间的变化。在一定流速下实验开始时，由于试样表面有氧化膜,抑制了腐蚀介质的侵入，因而腐蚀电位较正。随后腐蚀电位很快负.移表明氧化膜被破坏。随着冲刷时间的继续延长，3C钢的腐蚀电位又有升高趋势这是由于试样表面形成的腐蚀产物，对海水腐蚀有一定的抑制作用导致腐蚀电位升高。

测试期间3C钢的EIS谱(图3)显示，阻抗谱基本为单一容抗弧特征，且存在弥散效应。按照图4所示的电化学等效电路解析EIS数据，得到极化阻力R。随时间的变化，可见3 种流速下R。的变化规律一致：相同流速下，随着冲刷时间的增加R。逐渐增大，表明试样表面腐蚀产物的形成缓解了海水的腐蚀降低了试样的腐蚀速度。冲刷时间达到58h和71h的R,值较为接近,表明此时腐蚀过程基本上趋于稳定。

在海水的冲刷腐蚀作用下，试样表面出现坑蚀，并且有厚度减薄、表面粗化等冲刷腐蚀特征；流速越大，海水在试样表面的冲刷腐蚀特征越明显流速为3m/s时试样表面形成条纹方向一致的条状腐蚀坑。

3.2流速对冲刷腐蚀的影响

在流速为1 m/s~6 m/s 范围内，随着流速的增大，3C钢的腐蚀电位逐渐升高。这是由于3C钢在海水中腐蚀的阴极过程是溶解氧的还原反应从腐蚀动力学角度，腐蚀电位与试样表面氧的浓度成正比与氧的阴极还原反应的极限扩散电流成反比流速增大加速了海水中氧的扩散速度，试样表面氧含量增加导致腐蚀电位正移。

阻抗谱为单一容抗弧,基本呈活化控制特征。流速为1 m/s~6 Im/s范围内，随着流速增大，电极受到的表面切应力增大，3C 钢不但均匀腐蚀严重,而且容易发生严重的坑、点等局部腐蚀,电化学反应阻抗减小。电化学等效电路解析EIS数据。为溶液电阻n为弥散系数R。为极化电阻,CPE 为与界面电容关联的常相位角元件，ChiSq 为均方差。随流速的变化基本呈线性下降的关系,符合以下关系式：Rp= 221. 8-12. 4v

4、结论

（1）设计并制作了ZS-1 型实海冲刷腐蚀实验装置，能够直接在实海中对高速转动的试样进行连续动态的电化学测试和失重实验。对3C钢进行了72h稳定冲刷腐蚀试验。

（2）流速分别为1 m/s.2 m/s和3 m/s时随着冲刷时间的延长,3C钢的腐蚀电位先降低后略有升高,腐蚀速度呈下降趋势EIS测试技术能够用于金属材料实海冲刷腐蚀的检测,反映了金属试样的腐蚀电化学特征。

（3）流速在1m/s-6m/s内,3C钢的腐蚀电位随着流速的增加逐渐升高，电化学阻抗谱为单- - 容抗弧，呈活化控制特征,随着流速增大,电化学反应阻抗减小.R。 随流速的变化基本呈线性下降。