铜合金是一种与社会发展关系密切的有色金属,被广泛应用于输变电工程、电子工业、交通运输和海洋工业等领域,消费份额根据性能应用划分:导电用途占64%,耐蚀用途23%,结构用途占12%,装饰用途1%。白铜因为具有良好的加工性能,拥有类似贵金属的光泽,而在铸币材料中占据一席之地,这时它的耐蚀性就显得尤为重要。苯丙三氮唑(BTA)是一种用于铜及其合金的缓蚀剂,它对铜币能否发挥缓蚀作用,主要的影响因素取决于铜币材料的成分和实际的使用环境。铜币在流通过程中,不仅会在表面残留下汗液,还会与空气中的腐蚀性介质接触,这些因素都会引起铜币表面发生腐蚀。而在BTA存在的条件下,这些环境因素对铜币表面腐蚀的影响研究还较少。基于这一实际背景,本文选择铸币用白铜作为实验材料,通过腐蚀试验、电化学测试、腐蚀产物形貌和成分分析等手段,研究经过BTA处理后的白铜,在三种应用环境(模拟汗液环境、城市大气环境和模拟城市大气环境)中的腐蚀机制。在模拟汗液环境的腐蚀试验初期,经BTA处理形成的化学转化膜能为白铜基体提供有限的保护;随着试验时间的延长,腐蚀增重显著增加,远远大于空白组的试样,这层化学转化膜成为加速腐蚀的因素;试验后期,两组样品的腐蚀规律趋于一致。模拟汗液(根据ISO3160-2:2015配置)中的主要腐蚀因子是Cl-和H+,BTA与金属离子间的化学键会因为酸性环境中氯离子而发生破坏,活跃的金属离子很快能与腐蚀介质发生反应,形成覆盖基体表面的腐蚀产物,其成分为Cu2(OH)3Cl、NiO/Ni(OH)2和ZnCl2/ZnO,这是未受化学转化膜保护的空白组样品在动力学曲线表现出差异性的原因。在电化学测试初期,虽然经BTA处理形成的化学转化膜具有较大的阻抗而呈现出良好的耐蚀性,但也会延缓具有保护性的腐蚀产物的形成,因此电化学测试后期的腐蚀速度反而比空白组的样品更快。因此,BTA处理形成的化学转化膜不适用于在汗液环境下长时间延缓铜币腐蚀。城市大气环境中,BTA处理形成的化学转化膜层对铜币起到一定的保护作用。即使受腐蚀介质影响而发生局部破损,这层化学转化膜仍然能够阻碍形成“大阴极-小阳极”结构的腐蚀微电池,由于其自身的破损,会间接地阻碍已形成的点蚀发生进一步扩展,因此,样品表面会逐渐发生均匀腐蚀。与BTA组相比,空白组发生了溃疡状腐蚀,腐蚀程度略重,但从整体上看来,因户外时间较短,两者都只是发生了轻微腐蚀。城市大气环境中,氯离子和SO2是铜币表面腐蚀的主要因素,BTA的存在并未改变腐蚀产物的组成,除了积聚固体尘埃颗粒外,铜币表面主要的腐蚀产物与空白组组一致,为Cu2(OH)3Cl和Cu5(SO4)2(OH)6·5H2O。减少与污染性气体的接触,去除表面附着的杂质,能够延长化学转化膜对铜币的缓蚀作用时间。在模拟城市大气环境条件下,BTA处理形成的化学转化膜对白铜基体的腐蚀有一定的防护作用,空白组试样的腐蚀始终比BTA组严重,在腐蚀试验后期二者的腐蚀规律也趋于一致。BTA处理形成的化学转化膜,能使白铜基体与去离子水滴的接触角从53°增加到69°,且对腐蚀介质有一定的阻挡能力。对比不同腐蚀周期的表面形貌,BTA组白铜的腐蚀会从膜层破损处扩展,其最终形成的腐蚀产物呈现为疏松多孔的结构,主要成分为ZnSO4·6H2O和Cu4(SO4)(OH)6,从极化曲线拟合得到的参数中,BTA组对应的腐蚀电流密度出现先减小后增大的趋势,原因在于腐蚀过程中,除了 BTA处理形成的化学转化膜外,白铜表面还存在因腐蚀而产生的具有保护作用的氧化膜,两者的共同作用延缓了腐蚀的进行。而随着腐蚀时间延长,BTA处理形成的化学转化膜膜层破损的范围扩大,整体的腐蚀电流密度也随之升高。综上,经BTA处理能在铜币表面形成一层化学转化膜,这层膜可在一定环境条件下对白铜起到有限的保护作用。根据不同环境下白铜的腐蚀情况,分析腐蚀因子对BTA处理形成的化学转化膜的影响,可以发现Cl-的腐蚀作用效果要强于SO2,在模拟汗液中,含有BTA的白铜腐蚀得更快。其原因在于酸性环境下Cl-会促进BTA处理形成的化学转化膜层分解,而且其较小的离子半径,使得Cl-能够吸附于保护膜的破损处,甚至能直接与基体发生反应。BTA处理适用于不会频繁接触到汗液的铜币的防护,如纪念币,而对承担贸易流通职能的铜币则不具备足够的保护能力。