【摘要】：地下金屬設(shè)備長期處于土壤腐蝕環(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理及影響因素不清楚,使雜散電流腐蝕防護缺乏理論指導(dǎo)。本文以Q235鋼及其焊縫為研究對象,以酸性模擬土壤溶液為腐蝕介質(zhì),分別對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)過程進行了研究,利用電化學(xué)原理,測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,對雜散電流影響下金屬腐蝕的發(fā)生和發(fā)展過程進行討論,探討了雜散電流的腐蝕機理;另外優(yōu)選出一種含稀土元素禮的鎂合金犧牲陽極,對雜散電流干擾下鎂釓犧牲陽極的腐蝕行為和保護效果進行了討論,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)→析氫過程,電化學(xué)過程占主導(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)方法測出的電位-時間曲線為一條直線,可近似的按外加直流雜散電流計算;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,腐蝕坑不斷擴大蔓延,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,點蝕嚴重,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,不隨雜散電流的類型發(fā)生改變,主要為γ-FeOOH。AZ63鎂合金犧牲陽極材料中加入1 wt.%的Gd,可使犧牲陽極的電流效率提高10%左右,稀土元素Gd的加入,破壞了鎂合金的環(huán)狀屁相,使其晶粒更加細化,有效的提高了鎂合金犧牲陽極電流效率。研究開發(fā)的鎂釓合金犧牲陽極用于直流雜散電流保護時,當雜散電流的電壓在0～2 V時,鎂釓合金對地下設(shè)備的保護作用隨外加電壓的增大而減小,當外加電場感應(yīng)雜散電流的電壓大于2 V,泄流電壓大于4 V,鎂合金犧牲陽極輸出電流較小,不能滿足陰極保護要求,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,鎂釓合金犧牲陽極有良好的保護作用,在交流雜散電流高于75 A·m-2時,鎂合金犧牲陽極電位升高超過Q235鋼的自腐蝕電位。
【圖文】：

圖 1-1 雜散電流干擾源分類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時，在具有導(dǎo)電能力的電解質(zhì)(土壤流流動。電流值的大小和地電場間的電位差成正比，與土壤是均勻的，在土壤中的電流分布也是相對均勻的，那么所建設(shè)電場的作用下將有電流流動，，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，但是當電位負至析氫電位時，管
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1;TG172

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本文編號：2666604