电化学方法研究X80钢的交流杂散电流对X80钢的影响

摘要

采用电化学方法研究了交流杂散电流密度对带有剥离涂层缺陷的X80钢腐蚀行为的影响。实验结果表明，由于交流干扰的存在，X80钢的开路电位发生了负移。负移程度随交流杂散电流密度的增大而增大。交流干扰切断后的电势仍比切断前更负。即在切断交流电源后，腐蚀干扰继续存在。在实验初期，腐蚀电流密度为30A/m²交流杂散电流干扰约为1.4倍，没有交流干扰，而腐蚀电流密度为50A / m²交流杂散电流干扰约为无交流干扰的2倍。

1.介绍

随着经济的快速发展，该国对能源的需求正在增长。由于人口密度高和中国缺乏土地资源，它是不可避免的，高压传输线或铁路系统和石油和天然气管道交叉或长途平行“公共走廊”将被竖立[1那2］．高压输电线路和铁路系统产生的交流电源容易发生管道钢的交流腐蚀[3.-6.］．AC的存在可能会突破管道的绝缘，以加速管道的腐蚀和破坏，并威胁人身安全[7.-10.］．

由于埋地管道的交流腐蚀问题变得越来越突出，国内外学者对AC流浪电流对管道腐蚀的影响进行了大量研究。该研究发现，交流腐蚀速率不受交流电压的直接影响，主要作用是交流频率和交流电流密度[11.］．刘成等[12.[通过减肥方法，SEM，XRD和EDS研究了交流杂散电流对不同电流密度下X80钢腐蚀的影响。结果发现，随着AC杂散电流密度的增加，X80钢的腐蚀速率缓慢增加，然后迅速增加，最后趋势减慢。同时，腐蚀形式从均匀腐蚀到局部腐蚀的变化。傅安[13.]采用电化学方法和失重法研究了交流杂散电流对X65钢腐蚀行为的影响。涂覆管道钢的涂覆缺陷尺寸小，交流杂散电流腐蚀风险大。在固定交流电流的干扰下，极化曲线上电流的幅值与缺陷直径的平方成反比。Funk等人[14.]进行10〜30a / m的现场测试²和300〜1000A / m²在露出面积10cm的样品上²在沙子和粘土中。结果表明，如果恒定阴极保护处的电流密度为2a / m²，当AC密度超过30 A / m时²，腐蚀速率超过0.1毫米/ a。Goidanich等。[15.]的实验结果表明，在电流密度为10A/m时，交流腐蚀速率是未扰动电流试样自腐蚀速率的两倍²；当交流电流密度超过30A/m时²，腐蚀速率呈指数增长。wen c等人。[16.发现，随着交流电流密度的增加，腐蚀凹坑的数量，面积和深度出现。朱m等。[17.发现，随着AC电流密度的增加，钢的腐蚀程度增加，凹坑变得更加明显。Dai Naw等人。[18.]发现50和100 Hz的高幅值交流电压干扰在DSS 2205样品上产生了大凹坑;然而，随着频率的进一步增加，点蚀被抑制。一般来说，金属的腐蚀速率随交流电流密度的增加而增大，随时间的增加而减小，但不同腐蚀体系的增加幅度不同[19.］．

上述大多数研究是关于AC杂散电流对裸金属管线钢的腐蚀行为的影响，而不考虑涂层的影响，实验装置采用传统的矩形间隙配置和楔形间隙配置实验装置，与实际工程不同。在本文的研究中，实验设备得到了改善。电化学方法用于研究交流杂散电流对剥离涂层缺陷的掩埋金属管道腐蚀行为的影响，这为管道钢的安全操作提供了一定的参考。

2.实验方法

２.１.解决方案准备

土壤模拟溶液取自天津油管道周围的土壤并离心。通过滴定测量后，最终获得化学成分，如表所示1．

2.2。电极制备

X80钢管钢悬挂片被选为实验材料，尺寸为50mm×25mm×2mm，X80管线钢的化学成分如表所示2．

模拟涂层剥离装置由有机玻璃板，0.5mm厚的硬质PVC板和悬挂件组成，如图所示1．刚性PVC板用于模拟剥离间隙厚度，并且48mm×21mm的悬挂片的面积保留为工作区域，并且剩余的五个侧面用环氧树脂密封。

２.３.实验内容

通过测试电化学参数，如开路电位，偏振曲线和电化学阻抗的电化学参数研究了AC杂散电流密度对X80管线钢腐蚀行为的影响。工作电极的电化学阻抗，研究了剥离涂层缺陷。

将工作电极浸入制备的土壤模拟溶液中，并且施加到工作电极上的正弦波信号。频率设定为50 Hz。交流电流密度为0 a / m²，30 a / m²， 50 A/m²．信号的一端与碳棒连接，另一端与工作电极连接。测试时间为11天。

电化学测试使用标准三电极系统。在该系统中，X80管线钢的标本被测试为工作电极（我们），用作对电极（CE-PT）的铂板，并且饱和的Calomel电极（SCE）是参考电极（RE）。和石墨电极用于施加AC干扰。在电化学测试中，串联电容器被添加到交流信号中，以防止电化学测试系统干扰交流信号。整个纸张的电极电位的参比电极是SCE。电化学测试装置如图所示2．

测试开路电位有三种方法:应用AC密度之前的潜在测试;施加交流电密度时的电位测试;除去AC密度后的潜在测试。

电化学阻抗谱检测频率为0.1Hz-100kHz，幅度为10 mV，阻抗谱通过Zsimp Win的软件安装。

极化曲线的扫描范围为±400 mV(相对于开路电位)，扫描速率为1 mV/s。

3。结果与讨论

3.1。EoCP-Time分析

在不同AC电流密度下的工作电极电位随时间的变化如图所示3.．每条曲线分为三个阶段，0~600s为无交流干扰时的电势，600~1200s为交流干扰时的电势，1200~1800为交流电去除后的电势。从图中可以看出3.，当不施加交流电时，当刚浸入溶液中时，工作电极的电位约为-0.66V，并且在-0.68V下稳定在-0.68V的延长。在施加交流电时，可以看出工作电极的电位具有一定的负换档。当施加的交流密度为30 a / m时²，施加交流电流的瞬时电位从-0.65V至-0.72V突然减小，并且移除交流电的瞬时电位偏移到-0.69 V.当施加的交流密度为50 a / m时²，将交流电流施加的瞬时电位从-0.67V突然下降至-0.79V，最后在约-0.80V下稳定稳定。当移除交流电源时，电位移动到-0.71V。可以发现，50a / m的负势偏差²大于30a / m²．并且潜力为30 a / m²更接近电位而不比50 a / m的电流更接近²，但它仍然低于没有交流电流的潜力。它表明AC干扰的应用显然影响了工作电极电位。随着AC电流密度的增加，电位的干扰更为明显。正是系统电极反应所消耗的电力补充，间接加速反应的进程。额外功率随着应用的交流电流密度的增加而增加，并且对反应的影响将更大。其次，由于AC干扰产生的电场的影响，正极和负电荷层比没有AC干扰的情况积聚更多的电子，这增加了电极/溶液相之间的界面电场并加速了阳极溶解和剥离X80电极的产物膜。

3.2。偏振曲线分析

X80钢的极化无AC和30 A / m²和50 a / m²如图所示4.．开路电位是金属腐蚀反应热力学趋势的衡量标准。当电位为负时阴极和阳极之间的电位差越大，金属待腐蚀越大。从图中可以看出4.3种情况下开路电位随实验的进行有一定程度的负位移，说明X80钢的腐蚀倾向随实验的进行有明显的增加。实验开始时，开路电位波动明显。随着实验的进行，开路电位的波动变得平缓，非均匀性降低。

X80钢在交流干扰为30 A/m时的腐蚀电流密度²和50 a / m²如图所示5.．在不同的AC电流密度下偏振曲线的电化学参数如表所示3.．并且通过将腐蚀电流除以工作区域来获得腐蚀电流密度。

根据图5.和表格2，实验开始时腐蚀电流密度为49μA / cm.²无交流杂散电流。在施加交流电时，腐蚀电流密度可达93μA / cm.²具有50a / m的交流干扰²腐蚀电流密度大约是没有AC的两倍。虽然腐蚀电流密度高达66μA / cm.²随着30a / m的交流干扰²，腐蚀电流密度约为1.4次，而不是AC。也就是说，在施加AC杂散电流的那一刻，交流电的振荡增加了工作电极的电化学活性并加速了金属的腐蚀速率。在实验开始时，电极的表面氧含量相对较高，工作电极的表面是清洁和不腐蚀的产品。此时，电极和周围的模拟溶液之间的接触良好，这是有利的离子交换。

从实验的第2天到第8天，腐蚀电流密度与实验开始时相比有一定程度的下降，且有较小的波动。这是因为随着实验的进行，氧气会消耗。氧扩散较慢，腐蚀产物开始在电极表面形成并有一定的积累，且腐蚀产物在涂层损伤点的积累尤为明显。在这一阶段，氧的扩散和腐蚀产物的积累导致腐蚀电流密度迅速下降。实验进行到第9天，腐蚀电流密度基本保持不变。应用30A/m的交流电²大于50a / m的交流密度的应用²．这可能是因为应用了50a / m的交流密度²在先前的腐蚀过程中，在剥离涂层的缺陷中产生更多腐蚀产品，使AC杂散电流难以进入，腐蚀电流密度低于30a / m的交流电流密度²被申请;被应用。总的来说，随着施加的交流电流密度的增加，腐蚀电流密度增加，但腐蚀电流密度在腐蚀的后期阶段并不多。

3.3。EIS分析

数字6.是X80钢的AC阻抗光谱，无AC，交流电流密度为30A / m²和50a / m²．从图中可以看出6.阻抗频谱中的高频电容电抗弧不会从零点开始，并且不一致。这是因为涂层破损点处的受损区域很大并且在涂覆涂覆后溶液供应就足够了。剥离间隙窄，离子浓度低，使得狭缝中的溶液电阻非常大，测量的电化学阻抗谱中的高频电容电抗弧不会从零开始，并且不重合[20.那21.］．高频阻抗光谱部分地反射电极表面上的腐蚀产品信息，而低频阻抗谱部分地反映电极反应信息。从图中可以看出6（a）当杂散电流未施加杂散电流时，实验的第九天的高频电容式抗真菌半径不大于其他实验阶段的电容抗心动半径，这可能是因为随着浸泡时间延伸，腐蚀产品膜形成在样品的表面上以增加阻抗模量，使得难以执行的反应，并且增强耐腐蚀性。在浸泡1D后，电感抗液体主要由腐蚀产品的吸附引起。从图中可以看出6（b）即作为30a / m的交流杂散电流密度²应用，电容抗真菌半径整体趋势降低。结果表明，在实验期间，交流电的振荡防止腐蚀产物膜粘附到X80钢基板的表面上，使得表面腐蚀产物膜稍后与X80钢基质分离。从图中可以看出6（c）作为AC杂散电流密度为50 A / m²应用，电容电弧的半径增加，然后随浸入时间减小。这可能是由于前体膜的积累，在交流振荡的作用下在稍后阶段离开X80钢基质。

为了准确分析电化学阻抗谱，电极电路采用由电气元件组成的等效电路来表示，如图所示7.．其中,代表溶液电阻，是在腐蚀金属表面上形成的吸附膜的电容，是在腐蚀金属表面上形成的吸附膜的电阻，是金属表面和电解质溶液之间的双层的电容，以及是偏振抗性。它与法拉第工艺和阳极反应有关，因此它可以很好地反映腐蚀和用于表征腐蚀速率[22.］．作为分析的例子，首先取出第一个，第二天和第九天。介质图和偏振电阻的拟合结果如图所示8.和表格4.．

附图中的Bode幅度频率特性曲线8.反映金属的耐腐蚀性。从波德图可以看出，在没有交流干扰的情况下，幅频曲线波动较大。施加交流干扰后，幅频曲线更平滑，变化范围更小。结果表明，施加交流干扰后，金属的耐蚀性变差。

桌子4.显示无AC的偏振电阻的拟合结果，交流电流密度为30A / m²和50a / m²．桌子3.结果表明，在不施加交流杂散电流的情况下，极化电阻先增大后减小。也就是说，金属腐蚀电阻先增大后减小，腐蚀速率先减小后增大。交流电流密度为30A/m时²和50a / m²，偏振电阻降低，这表明在汽提涂层下的金属的腐蚀程度随着实验逐渐增加。

4.结论

AC干扰的存在使X80钢的电位消极地在一定程度上变化，并且施加的AC电流密度越大，负移越大，表明AC可以加速X80钢的腐蚀。在断开AC干扰后，电位仍然比以前更负，这表明在断开AC之后继续腐蚀干扰，并且进一步说明了交流腐蚀的不可逆转性。

在没有交流干扰的情况下，在实验开始时，开路电位明显波动。通过实验前进，开路电位的不均匀性降低，波动不再强烈。

在交流电流的影响下，30A / m的AC干扰处的腐蚀电流密度²和50a / m²没有交流干扰约为1.4倍和2倍。但在腐蚀的后期，腐蚀电流密度有点不同。阻抗的结果与极化的结果一致。在应用AC干扰后，金属的耐腐蚀性劣化。

数据可用性

用于支持本研究结果的研究数据包括在文章中。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

本研究由民航安全能力建设基金(多分支复杂环形停机坪管网安全评价体系构建)和机场工程研究基地开放基金(基于BEASY的停机坪区域阴极保护模型优化研究)资助。

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