發(fā)布時(shí)間：2020-05-16 10:34

【摘要】：地下金屬設(shè)備長(zhǎng)期處于土壤腐蝕環(huán)境中,不僅遭受土壤介質(zhì)本身的侵蝕,還會(huì)遭受雜散電流引起的腐蝕,這種腐蝕破壞行為隨著輸電線路電壓等級(jí)的提高和電氣化鐵路的增多而加劇。由于雜散電流的電壓、電流和頻率的大小各不相同,加之土壤成分復(fù)雜,導(dǎo)致雜散電流腐蝕的機(jī)理及影響因素不清楚,使雜散電流腐蝕防護(hù)缺乏理論指導(dǎo)。本文以Q235鋼及其焊縫為研究對(duì)象,以酸性模擬土壤溶液為腐蝕介質(zhì),分別對(duì)直流和交流雜散電流影響下的金屬的腐蝕行為和腐蝕電化學(xué)過(guò)程進(jìn)行了研究,利用電化學(xué)原理,測(cè)試了交直流情況下的極化曲線、交流阻抗等,分析了腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物,對(duì)雜散電流影響下金屬腐蝕的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行討論,探討了雜散電流的腐蝕機(jī)理;另外優(yōu)選出一種含稀土元素禮的鎂合金犧牲陽(yáng)極,對(duì)雜散電流干擾下鎂釓犧牲陽(yáng)極的腐蝕行為和保護(hù)效果進(jìn)行了討論,取得了以下研究結(jié)論:在交流雜散電流干擾下,電流一個(gè)周期內(nèi)Q235鋼電極表面出現(xiàn)活化區(qū)→鈍化區(qū)→二次活化區(qū)→析氫過(guò)程,電化學(xué)過(guò)程占主導(dǎo)地位,在正半周期雜散電流加速了金屬的腐蝕,在負(fù)半周期母材和焊縫均出現(xiàn)析氫腐蝕,母材的析氫出現(xiàn)比焊縫早。在交流電流密度作用下的腐蝕速度滿足多項(xiàng)式函數(shù)規(guī)律;交流雜散電流頻率與Q235鋼及其焊縫的腐蝕速度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系,頻率越高,腐蝕速率減慢。低頻的交流雜散電流下Q235鋼及其焊縫的電位與外加的交流電波形相似,均滿足E(t)=(ECP+ΔE)+A·sin(2π·f·t+φ)的規(guī)律,僅與外加的交流電壓相差一個(gè)相位角Δφ,母材的相位角Δφ大于焊縫。頻率大于50 Hz,由于電感的存在,常規(guī)的電化學(xué)方法測(cè)出的電位-時(shí)間曲線為一條直線,可近似的按外加直流雜散電流計(jì)算;腐蝕電位隨頻率的增大降低。電極表面出現(xiàn)電流振蕩,電極表面存在三個(gè)電參數(shù),即電感、電容和電阻,雜散電流越大,電容值變大,界面電阻出現(xiàn)極大值。在直流電壓干擾下,Q235鋼及焊縫的腐蝕速率滿足指數(shù)規(guī)律:母材滿足Vcorr=-215.3914eUDC/-16.93+216.4501;焊縫滿足Vcorr=-132.3893eUDC/-7.05+133.9658;腐蝕速度隨電壓增大先緩慢增大,然后迅速增大,母材極化的速度較慢,焊縫極化較快,即:母材處于弱極化區(qū),甚至還處于線性極化區(qū),而焊縫已到了強(qiáng)極化區(qū)。低的電壓干擾容易破壞Q235鋼表面局部的腐蝕鈍化膜,因此在較低的直流電壓下均發(fā)生了局部腐蝕,在電壓較高時(shí),腐蝕坑不斷擴(kuò)大蔓延,最后相互連接形成均勻腐蝕。直流雜散電流除加速金屬界面的反應(yīng)速度外,還影響金屬表面雙電層的變化。外加直流雜散電流后,隨外加電壓的升高,表面阻抗先減小再增大再減小,腐蝕原電池內(nèi)阻即溶液電阻、雙電層表面電阻之和隨外電壓增大按指數(shù)規(guī)律下降,焊縫的阻抗變化比較紊亂,主要是焊縫的組織粗大,點(diǎn)蝕嚴(yán)重,但表面阻抗規(guī)律與母材相同,它的雙電層阻抗下降比母材快。交直流雜散電流干擾下母材和焊縫腐蝕產(chǎn)物的相組成均一致,不隨雜散電流的類(lèi)型發(fā)生改變,主要為γ-FeOOH。AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極材料中加入1 wt.%的Gd,可使?fàn)奚?yáng)極的電流效率提高10%左右,稀土元素Gd的加入,破壞了鎂合金的環(huán)狀屁相,使其晶粒更加細(xì)化,有效的提高了鎂合金犧牲陽(yáng)極電流效率。研究開(kāi)發(fā)的鎂釓合金犧牲陽(yáng)極用于直流雜散電流保護(hù)時(shí),當(dāng)雜散電流的電壓在0～2 V時(shí),鎂釓合金對(duì)地下設(shè)備的保護(hù)作用隨外加電壓的增大而減小,當(dāng)外加電場(chǎng)感應(yīng)雜散電流的電壓大于2 V,泄流電壓大于4 V,鎂合金犧牲陽(yáng)極輸出電流較小,不能滿足陰極保護(hù)要求,僅是良好的雜散電流的泄流裝置。交流雜散電流小于20 A·m-2時(shí),鎂釓合金犧牲陽(yáng)極有良好的保護(hù)作用,在交流雜散電流高于75 A·m-2時(shí),鎂合金犧牲陽(yáng)極電位升高超過(guò)Q235鋼的自腐蝕電位。
【圖文】：

圖 1-1 雜散電流干擾源分類(lèi)Figure 1-1 Classification of interference sources for stray current直流電流產(chǎn)生原因徑區(qū)域有著不同的地電場(chǎng)時(shí)，在具有導(dǎo)電能力的電解質(zhì)(土壤流流動(dòng)。電流值的大小和地電場(chǎng)間的電位差成正比，與土壤是均勻的，在土壤中的電流分布也是相對(duì)均勻的，那么所建設(shè)電場(chǎng)的作用下將有電流流動(dòng)，，其電流密度(J1)和土壤的電流密1010014DρρδRRJJ 壤中電流密度；道中電流密度；壤電阻；道金屬電阻；

圖 1-2 雜散電流干擾影響原理圖Figure 1-2 Schematic illustration of interference of stray current極區(qū)供電所附近的管道，雜散電流從土壤流出管道說(shuō)明電子從此流入，屬流電位比管道電位正，這部分也發(fā)生腐蝕，若雜散電流的流出，管管道在某種程度上得到陰極保護(hù)，但是當(dāng)電位負(fù)至析氫電位時(shí)，管
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG142.1;TG172

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本文編號(hào)：2666604