海底管道常见金属材料的缝隙腐蚀研究

发布时间：2017-03-28 23:08

  本文关键词：海底管道常见金属材料的缝隙腐蚀研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用丝束电极(WBE)联合电化学测量手段,结合选择性离子传感器,探究了海底管道常见金属(不锈钢、碳钢)在模拟海水溶液中的缝隙腐蚀过程,验证了经典理论中关键腐蚀因子(Cl-、H+)对腐蚀过程的影响。采用电化学阻抗谱(EIS)技术,结合激光共聚焦显微镜(LSCM)研究了金属在模拟海水浸泡作用下的缝隙腐蚀发生过程及微观形貌变化;量化了Cl-和H+在两种金属缝隙腐蚀全过程中浓度的变化以及它们对不同腐蚀阶段的影响。(1)搭建了一套以电化学工作站(P4000)与自动切换开关(NI)为采集处理端,丝束阵列电极为测量端的缝隙腐蚀测量系统。通过电化学修饰,制作了用于采集离子浓度参数的电化学传感器,并通过SEM等手段验证了电极可靠性。(2)通过分析电化学阻抗(EIS)参数及电位噪声(EN)参数,并结合实时原位的关键离子浓度,获得了两种常见金属在缝隙腐蚀中的全过程。验证结果如下:两种丝束电极在模拟海水溶液中的缝隙腐蚀过程均符合氧浓差—闭塞电池模型。1)碳钢缝隙腐蚀诱发阶段为0~120min,缝隙内部pH下降至3.3,氯离子浓度上升为缝隙外的2倍。缝隙腐蚀的扩大阶段为2~72hour,缝内区域内Fe阳极溶解遵循Bockris机理。缝隙内部pH下降,氯离子浓度上升并具备了诱发点蚀的环境。缝隙腐蚀的稳定发展期约为浸入溶液后8天,H+和Cl-向缝隙外扩散,溶液呈弱酸性。2)304L不锈钢缝隙腐蚀诱发阶段为0~18hour,缝隙内部钝化膜厚度开始逐渐小于缝隙边缘,缝隙内部pH下降,氯离子浓度上升,表面有点蚀发生的倾向。缝隙腐蚀在24~72hour进入扩大阶段,缝隙内部钝化膜停止生长,缝隙腐蚀发展至7天时,不锈钢表面钝化膜破裂发生点蚀后,自催化效应显著,点蚀向纵深方向发展形成点蚀坑。
【关键词】：缝隙腐蚀 丝束电极 模拟海水 离子选择性传感器 电化学阻抗谱
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE988.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 海洋环境中的缝隙腐蚀9-11
• 1.2.1 典型的海洋腐蚀环境9-10
• 1.2.2 经典缝隙腐蚀发展理论10-11
• 1.3 选择性离子传感器11
• 1.3.1 常见离子传感器类型11
• 1.3.2 离子选择性电极原理11
• 1.4 缝隙腐蚀的检测手段与分析方法11-14
• 1.4.1 丝束电极（WBE）11-12
• 1.4.2 电化学分析方法12-14
• 1.4.3 现代物理分析方法14
• 1.5 本论文的研究目标和主要内容14-16
• 第二章 缝隙腐蚀实验平台16-35
• 2.1 引言16
• 2.2 WBE联合EIS系统16-25
• 2.2.1 试样的制备16-19
• 2.2.2 WBE测量端设计19-22
• 2.2.3 LabVIEW交换开关卡设置22-23
• 2.2.4 实验环境联立23-25
• 2.3 离子选择性传感器25-34
• 2.3.1 传感器设计25-26
• 2.3.2 传感器制作26-27
• 2.3.3 传感器稳定性测试27-29
• 2.3.4 传感器表面形貌表征29-34
• 2.4 小结34-35
• 第三章 碳钢(Q235)缝隙腐蚀过程分析35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 实验材料和方法35-36
• 3.2.1 实验材料35
• 3.2.2 实验方法35-36
• 3.2.3 电极形貌表征36
• 3.2.4 模拟海水浸泡试验36
• 3.2.5 数据处理分析36
• 3.3 结果与讨论36-44
• 3.3.1 缝隙腐蚀的诱发36-41
• 3.3.2 缝隙腐蚀的扩大41-42
• 3.3.3 缝隙腐蚀的稳定发展42-44
• 3.3.4 碳钢缝隙腐蚀发生的概率性44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 不锈钢（304L)缝隙腐蚀过程分析46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 实验材料和方法46-47
• 4.2.1 实验材料46
• 4.2.2 实验方法46
• 4.2.3 电极形貌表征46-47
• 4.2.4 模拟海水浸泡试验47
• 4.2.5 电化学测试与数据处理分析47
• 4.3 结果与讨论47-53
• 4.3.1 缝隙腐蚀的诱发47-50
• 4.3.2 缝隙腐蚀的发展50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 总结54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 作者简介62

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