杂散电流对Q235钢的腐蚀行为影响及防护技术研究

发布时间：2020-05-16 10:34

【摘要】：地下金属设备长期处于土壤腐蚀环境中,不仅遭受土壤介质本身的侵蚀,还会遭受杂散电流引起的腐蚀,这种腐蚀破坏行为随着输电线路电压等级的提高和电气化铁路的增多而加剧。由于杂散电流的电压、电流和频率的大小各不相同,加之土壤成分复杂,导致杂散电流腐蚀的机理及影响因素不清楚,使杂散电流腐蚀防护缺乏理论指导。本文以Q235钢及其焊缝为研究对象,以酸性模拟土壤溶液为腐蚀介质,分别对直流和交流杂散电流影响下的金属的腐蚀行为和腐蚀电化学过程进行了研究,利用电化学原理,测试了交直流情况下的极化曲线、交流阻抗等,分析了腐蚀形貌和腐蚀产物,对杂散电流影响下金属腐蚀的发生和发展过程进行讨论,探讨了杂散电流的腐蚀机理;另外优选出一种含稀土元素礼的镁合金牺牲阳极,对杂散电流干扰下镁钆牺牲阳极的腐蚀行为和保护效果进行了讨论,取得了以下研究结论:在交流杂散电流干扰下,电流一个周期内Q235钢电极表面出现活化区→钝化区→二次活化区→析氢过程,电化学过程占主导地位,在正半周期杂散电流加速了金属的腐蚀,在负半周期母材和焊缝均出现析氢腐蚀,母材的析氢出现比焊缝早。在交流电流密度作用下的腐蚀速度满足多项式函数规律;交流杂散电流频率与Q235钢及其焊缝的腐蚀速度呈负指数关系,频率越高,腐蚀速率减慢。低频的交流杂散电流下Q235钢及其焊缝的电位与外加的交流电波形相似,均满足E(t)=(ECP+ΔE)+A·sin(2π·f·t+φ)的规律,仅与外加的交流电压相差一个相位角Δφ,母材的相位角Δφ大于焊缝。频率大于50 Hz,由于电感的存在,常规的电化学方法测出的电位-时间曲线为一条直线,可近似的按外加直流杂散电流计算;腐蚀电位随频率的增大降低。电极表面出现电流振荡,电极表面存在三个电参数,即电感、电容和电阻,杂散电流越大,电容值变大,界面电阻出现极大值。在直流电压干扰下,Q235钢及焊缝的腐蚀速率满足指数规律:母材满足Vcorr=-215.3914eUDC/-16.93+216.4501;焊缝满足Vcorr=-132.3893eUDC/-7.05+133.9658;腐蚀速度随电压增大先缓慢增大,然后迅速增大,母材极化的速度较慢,焊缝极化较快,即:母材处于弱极化区,甚至还处于线性极化区,而焊缝已到了强极化区。低的电压干扰容易破坏Q235钢表面局部的腐蚀钝化膜,因此在较低的直流电压下均发生了局部腐蚀,在电压较高时,腐蚀坑不断扩大蔓延,最后相互连接形成均匀腐蚀。直流杂散电流除加速金属界面的反应速度外,还影响金属表面双电层的变化。外加直流杂散电流后,随外加电压的升高,表面阻抗先减小再增大再减小,腐蚀原电池内阻即溶液电阻、双电层表面电阻之和随外电压增大按指数规律下降,焊缝的阻抗变化比较紊乱,主要是焊缝的组织粗大,点蚀严重,但表面阻抗规律与母材相同,它的双电层阻抗下降比母材快。交直流杂散电流干扰下母材和焊缝腐蚀产物的相组成均一致,不随杂散电流的类型发生改变,主要为γ-FeOOH。AZ63镁合金牺牲阳极材料中加入1 wt.%的Gd,可使牺牲阳极的电流效率提高10%左右,稀土元素Gd的加入,破坏了镁合金的环状屁相,使其晶粒更加细化,有效的提高了镁合金牺牲阳极电流效率。研究开发的镁钆合金牺牲阳极用于直流杂散电流保护时,当杂散电流的电压在0～2 V时,镁钆合金对地下设备的保护作用随外加电压的增大而减小,当外加电场感应杂散电流的电压大于2 V,泄流电压大于4 V,镁合金牺牲阳极输出电流较小,不能满足阴极保护要求,仅是良好的杂散电流的泄流装置。交流杂散电流小于20 A·m-2时,镁钆合金牺牲阳极有良好的保护作用,在交流杂散电流高于75 A·m-2时,镁合金牺牲阳极电位升高超过Q235钢的自腐蚀电位。
【图文】：

图 1-1 杂散电流干扰源分类Figure 1-1 Classification of interference sources for stray current直流电流产生原因径区域有着不同的地电场时，在具有导电能力的电解质(土壤流流动。电流值的大小和地电场间的电位差成正比，与土壤是均匀的，在土壤中的电流分布也是相对均匀的，那么所建设电场的作用下将有电流流动，，其电流密度(J1)和土壤的电流密1010014DρρδRRJJ 壤中电流密度；道中电流密度；壤电阻；道金属电阻；

图 1-2 杂散电流干扰影响原理图Figure 1-2 Schematic illustration of interference of stray current极区供电所附近的管道，杂散电流从土壤流出管道说明电子从此流入，属流电位比管道电位正，这部分也发生腐蚀，若杂散电流的流出，管管道在某种程度上得到阴极保护，但是当电位负至析氢电位时，管
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1;TG172

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本文编号：2666604