从exservice管板的样品是使用50%丙酮清洗,干燥,称重前暴露在测试环境。实验是建立在三组相互平行,每个像服务环境由外向内腐蚀的管道铺设管道。第一组实验是管道暴露在静态水的场景。第二个和第三个场景代表了条件管道铺设在充气和腐蚀环境时,分别,不断被流水冲刷(充气)。八个标本每个管用于充气和三个标本进行静态实验。标本放在刀口尼龙棒在三个不同的特雷,一个装满自来水,另两个暴露于流水注入水库从两个坦克,一个装有自来水和其他的盐水。静态实验,15升的解决方案在水箱采用曝气实验,25升(卷盘上的流水加水箱里的水的体积)。流动的水环境,水被泵出10-litre水库罐流量为0.3毫米³/ s使用多1300泵表达特性水泵的供应商。图 3显示了总布置用于公开标本在这项研究中使用的不同的测试解决方案。

能够获得真正的腐蚀行为的概述,是有用的使用各种技术和提取从每个获得的相关信息。因此,本文对整个管道的腐蚀行为已经得到考虑每种技术的贡献。为此,三行已开展研究。首先是研究腐蚀产物的形貌。这包括研究形成的腐蚀产物的外观表面的标本以及深度和腐蚀,发达的标本。冶金检查的组织标本进行了使用方法建立在之前的一项研究[ 13),例如,光学显微镜和SEM(扫描电镜)。这后,腐蚀的电化学方面和性能测量采用了不同的技术,如直流极化和电化学调频(EFM)。最后,形成的腐蚀产物表面的标本被确定和使用等技术分析了x射线光子能谱(XPS)、x射线衍射(XRD)。

电化学测量进行了毕业后一年的测试使用Gamry PCI4750稳压器。从六个月开始之后的测试中,开路电位是监控和记录在30天的时间间隔。最后一年的接触,极化曲线的样品。饱和甘汞电极和碳棒是用于参考和辅助电极,分别。实验进行温度控制的环境中在23±1°C。

直流极化阻力和塔菲尔情节数据得到所有测试标本使用Gamry框架5.5版和分析Gamry Echem分析师5.5版本。每个标本首先受到一个直流极化电阻扫描速率为0.25 mV / S大约15 mV潜在的范围。开路电位稳定时,塔费尔情节让他们获得的每个标本的阴极和阳极极化扫描速率0.5 mV / S的200 mV的潜力。标本的CR,腐蚀速率计算( 14, 15] (1) CR = ( 我 天哪 ) 米 ρ Z F ( 毫米 / 一年 ) , 在哪里 米 分子量的铁, ρ 铁的密度g / cm吗³, Z 是电子的数量参与反应, F 是法拉第号码,吗 我 天哪 给出的是腐蚀电流安培 (2) 我 天哪 = ( β 一个 ) ( β c ) 2.3 ( R P ) ( β 一个 + β c ) , 在哪里 R p 极化阻力和吗 β 一个 和 β c 阳极和阴极的污水得到的塔菲尔常数线性塔费尔阴谋的一部分。

计算试样的腐蚀速率也通过电化学调频(EFM)进行分析。选择基础0.1赫兹的频率波形10秒后重复。小的0.2和0.5赫兹的频率被选为了最大限度地避免电容行为的影响双层( 16, 17]。EFM技术的优点是可以计算腐蚀速率的标本没有先验知识的塔菲尔常数。电流密度和塔菲尔组件也可以从频谱发现当前的反应。

腐蚀产物的性质上形成有限数量的标本管1 - 3研究了x射线光子能谱(XPS)和x射线衍射(XRD)。腐蚀产物的化学状态是由一个热,σ探针XPS机器,而腐蚀状态阶段的产品被PANalytical X 'Pert Pro XRD研究。通过收集到的数据进行参考能源规模与结合能c1光谱284.8 eV和铜K α1辐射对XPS, XRD,分别。XPS信号处理的软件制造商的优势(v3.75)使用。

表面腐蚀产物形成标本取决于腐蚀的机理,进而是环境的函数( 14]。因此,研究腐蚀产物可以提供有用的信息关于腐蚀机理以及识别产品形成的标本。XPS (x射线光子光谱学)的外层和内层的脸分析腐蚀产品上形成一个标本提供了腐蚀产物的化学状态信息,在XRD信息是有用的在识别阶段的腐蚀产物 18]。

外观和颜色的变化形成的腐蚀产物表面的标本所有管道都检查了。图 4总结了典型腐蚀产物的类型和状态的变化在标本管0 - 2后,6 - 12个月接触不同的环境,也就是说,数字 4(一)- 4(c)为静态自来水,数字 4(d) - 4(f)充气自来水和数字 4(g) - 4(我)充气3.5%氯化钠溶液。

从图可以看出 4的一般外观表面腐蚀产物相似三管材料的调查,发现随接触类型和时间。意料之中的是,两个曝光涉及充气(流动)自来水生产最大的外观变化(明显的表面腐蚀程度)在最短的时间内(见图 4(d) - 4(我))。也可以看到,几乎没有差异的一般外观表面的腐蚀产物形成后六个月接触(数字 4(b), 4(e) 4(h))。然而,12个月后暴露的外观腐蚀产物形成表面的标本暴露在三个观察测试环境是不同的。即标本暴露在充气氯化钠溶液形成如图剥落腐蚀产品 4(我),而标本暴露在静态水和碳酸水形成了一个坚持腐蚀产品(数字 4(e)和 4(f))。这表明这个过程(或速度)的全面腐蚀铸铁表面可以强烈影响当地的曝光条件。

这些差异腐蚀行为经考试的削减这些标本如图的横截面 5标本上,腐蚀产物形成管2后6个月图 5(一个)静态的自来水,图 5 (b)充气自来水,和图 5 (c)3.5%氯化钠溶液。从图 5可以看出,腐蚀产物形成的标本暴露在氯化钠溶液脱层的表面(图 5 (c))。相比之下,标本暴露在静态和充气自来水组成了一个坚持腐蚀产品,不从表面脱层(数据 5(一个)和 5 (b))。这表明表面形成的氧化产品被曝光条件的影响。为了更好地理解条件的管道恢复服务,腐蚀产物的颜色形成表面的标本过程中腐蚀也被研究过。

数据 6和 7显示的发展形成的腐蚀产物表面的标本管2暴露在静态和充气自来水,分别在不同的时间和不同的环境。

标本暴露在静态水、初始层附着,红色氧化后形成了一个月的接触慢慢扩散,增厚,黑暗的随着时间的推移和覆盖整个表面的标本如图 6(一)- - - - - - 6 (d)。标本沉浸在充气自来水开发一个橙色的氧化膜/棕色圈(图 7(一)2个月后),后来改为橙色(图 7 (b))。这种氧化层被认为是黑暗的,如图 7 (c)和 7 (d)。

腐蚀的深度和形式开发的标本被冶金检查评估在横断面图。图 8显示了显微照片取自标本暴露于充气自来水的230天后开始测试,数据的地方 8(一个)和 8 (b)是管1,数据 8 (c)和 8 (d)是管2,数字 8 (e)和 8 (f)管3,箭头表示局部腐蚀的深度。

从图 8,可以看出,腐蚀是所有标本,同时辅修局部腐蚀似乎退化的主要类型。也观察到周围的局部腐蚀更明显富含碳的阶段(石墨片)和更严重的管道管道1和3比2。这可以归因于不同的石墨片的形态和微观结构的标本 19- - - - - - 23]。的结果图 8符合postservice管道的检查在这项研究表在桌子上吗 1。从表中可以看出,从管板3,以前的特点和主要确定为珠光体,经历更多的腐蚀比管1(腐蚀),被确认为珠光体,50%和管2,确定为47%铁素体(如表所示 3)。

图 9显示了扫描电镜拍摄的图像从管道腐蚀区域的标本检查,图 9(一个)是石墨的石墨化启动和细节数据片管3吗 9 (b)和 9 (c)是腐蚀的一个例子的珠光体石墨和共晶阶段管1细节图 9 (d)。这些照片证实石墨片的形态之间的关系,腐蚀反应的程度。从图 9(一个),它可以指出腐蚀过程似乎已经开始从石墨片和石墨时更严重的莲座状形态,详细图 9 (b)。没有石墨片如图 9 (c),另一阶段的顺序似乎腐蚀他们的反应。也就是说,从图 9 (d)可以看出,珠光体和铁素体形成电偶和磷化共晶渗碳体组织和腐蚀的偏好。然而,在石墨的存在,周围的金属腐蚀优先于石墨相(图 9 (b))。文献[ 20.- - - - - - 22)也报道了珠光体和铁素体阶段腐蚀对共晶和石墨阶段。使钝化(尽管铁氧体具有良好的能力 23- - - - - - 25),据报道,它显示了一个高反应活性和穷人的能力使钝化时加上更高贵的材料的微观结构( 26, 27]。

从开路电位监测标本结果呈现在图 10从中可以看出标本的开路电位充气自来水测试中所有三个管道走向更为积极的潜力(阳极),而在静态的情况下(厌氧)实验,它走向不积极(阳极)。标本的3.5%氯化钠溶液,可能似乎并不遵循一个明确的趋势,似乎建立在−700 mV。流动的自来水中的平均腐蚀电位实验一年后−475−515−467 mV管道1 - 3,分别。这一事实管2最高最低的潜力和管3说明管道的腐蚀动力学2管3是最高,最低可标本的微观结构变化的结果。也就是说,铸铁的腐蚀速率将体积分数的影响组织的各个阶段( 6),其中石墨片和珠光体是已知的关键阶段。同一个类的铸铁的腐蚀速率预计将增加石墨和珠光体体积分数的增加。同样,3.5%氯化钠溶液,六个月后的毕业典礼上测试,管2的平均腐蚀电位测量在−最高697 mV,紧随其后的是管1−691 mV和管3−687 mV,分别。这一趋势是观察标本的静态自来水的平均剩余潜力测量的最高管2−693 mV,紧随其后的是管1−691 mV和管3−687 mV,分别。也见过管3有一个广泛的分散数据比管道1和2。

图 11显示了两极分化的结果阻力和塔菲尔污水从极化扫描获得的标本中所有管道不同的测试解决方案。从图 (11日)可以看出,标本的平均极化电阻管2远高于其他管道。也可以看到塔费尔斜坡的标本暴露于充气自来水是不一致的,是高于文献报道[ 6, 10]。这表明充气自来水可能的腐蚀速率由扩散控制的铁离子通过氧化层由于低离子浓度。的标本在充气3.5%氯化钠溶液(图 11 (c)),氯的存在增加溶液的电导率和促进溶解的铁。因此,铁离子浓度氯化钠溶液中比在其他的实验中,导致离子与氧反应,腐蚀过程。图 11 (c)显示了塔费尔山坡上获得的值之间的一致性。这些值测量的范围在25 - 29和58 - 61 mV /十年对阳极和阴极过程,分别表明腐蚀过程受阴极和阳极反应的控制。

图 12显示了潜在的阴谋和腐蚀电流从塔费尔扫描获得标本每个管在不同的测试解决方案。从图 12的标本,可以看出不同的管道暴露在相同的环境中显示在曲线的形状类似的行为,尽管他们的组织和腐蚀电位的变化,没有独特的情节之间的模式是不同的管道。也可以看出潜在的高腐蚀率预计大于20 mV阳极相比其他电极暴露于潜在的充气的3.5%氯化钠溶液。标本暴露于自来水,充气和静态的,预计高腐蚀速率更高的潜在的阳极腐蚀电位相比。

表 4总结了平均剩余潜力,极化电阻、塔费尔斜坡,腐蚀速率使用标本管1 - 3的直流极化技术测试了在不同的解决方案。获得的腐蚀速率是一致的,在文献中报道的范围内( 6- - - - - - 9]。

从表 4可以看到,没有多少区别的腐蚀速率标本暴露在不同的环境中,尽管标本暴露在3.5%氯化钠料腐蚀速率远高于标本暴露在充气和静态自来水,分别为( 14]。这可以归因于直流极化技术的限制,依靠塔菲尔常数的值计算腐蚀速率。正如前面所讨论的,这些值高于文献中报道的那样,这表明腐蚀机理是由离子物种通过现有的氧化层。厚的氧化层,越困难的离子扩散。因此,由于厚氧化层表面形成的标本,计算出的腐蚀速率DC分化(塔费尔)技术可以非常误导。

表 5是一个总结的结果平均塔费尔斜坡和腐蚀速率使用电化学调频(EFM)技术获得标本所有管道在不同的测试解决方案。从表 5,它的值可以看出,腐蚀电流和EFM技术获得的腐蚀速率也在良好的协议与 6, 7, 9, 10除了那些在chloride-rich环境。比较EFM获得的腐蚀速率在不同的测试解决方案,可以看出管道1和3似乎腐蚀速率高于管2,可以归因于这些管道的微观结构的差异。

图 13显示了x射线的光谱光子能谱(XPS)标本从管2暴露于充气自来水后440天,图 (13日)是最外层的XPS测量表面腐蚀产品,图吗 13 (b)是Fe2p频谱内脸上,图 13 (c)是最内层表面的XPS测量腐蚀产品,和图吗 13 (d)外的脸上是Fe2p频谱。图 13证实Fe2p, o1群,c1, Cl2p,和Na1s Mn2p3, n1和Si2s。这些数据表明,腐蚀产物标本主要是基础上形成金属氧化物与碳。数据 13 (b)和 13 (d)揭示了重组卫星,小峰伴随着更大的峰( 18Fe2p3/2),观察到相同的外部和内部腐蚀表面的腐蚀产物,表明氧化氧化外表面和内表面是相同或非常相似的。710.5 eV的结合能Fe2p3/2表明氧化的铁组件,以及重组卫星是铁的典型的能量模式₂O₃氧化铁是一种稳定的氧化膜,被认为是不溶于水( 28, 29日]。任何存在的铁的证据^{3 +}离子物种腐蚀产物表明腐蚀机理是由氧扩散通过坚持腐蚀产品( 14]。

图 14显示了一个标本的XPS谱从管2暴露于充气3.5%氯化钠溶液在250天之后,图 (14日)是最外层的XPS测量表面腐蚀产品,图吗 14 (b)Na1s光谱的外表面,图吗 14 (c)是最内层表面的XPS测量腐蚀产品,和图吗 14 (d)内表面上的Cl2p光谱。图 14证实了氯离子的存在的内表面腐蚀产物而钠离子是观察外面的脸上。

从图 14可以看出,相对强烈的信号的内表面的氯离子腐蚀产品,与金属接触表明,这是一个阳极脸对钠铁信号强度的外表面(图更大 14 (c))。XPS谱观察铁离子的结合能的内表面腐蚀产品并不是一个完整的重组卫星,这可能表明,铁^{3 +}和菲^{2 +}离子物种中存在腐蚀产品。这是一个迹象表明电子生成的铁很容易被氧气氧化电解质溶液中通过多孔导电腐蚀层可以显示如下: (3) 菲 ⟶ F e 2 + + 2 e - - - - - - , (4) 4 F e 2 + + O 2 ⟶ 4 F e 3 + + 2 O 2 - - - - - - 。 因此,氯化钠溶液中的腐蚀机理是由氧的扩散。从标本的观察区别XPS数据暴露在充气自来水和充气3.5%氯化钠溶液显示不同的腐蚀机理。这有一个含义,管道埋在地下的腐蚀机理是一个函数的土壤类型,可以从无腐蚀性的高度腐蚀性,以及周边环境,还可以具有不同的曝气的程度。

图 15显示了一个示例记录的x射线光子光谱学(XRD)模式形成的腐蚀产物在标本从管2 15个月后暴露在充气的自来水。XRD模式记录最内层和外层形成腐蚀产物在标本管1 - 3暴露于静态自来水,自来水加气,和3.5%氯化钠溶液表现出非常低的结晶度,使定量相分析是不可能的。

图 16显示了一个示例之间的比较主要峰值衍射模式如图 15和匹配的图书馆模式标本从管2 15个月后暴露在充气的自来水。XRD检测的结果表明,大多数的阶段存在氧化物或铁氧化物氢化物。此外,一些含氯标本暴露于生理盐水环境中阶段和含钙阶段标本暴露在自来水中检测到。应该是强调低结晶度的阶段明确的识别是不现实的。

表 6显示了氧化铁矿物探测到x射线衍射技术在外层和内层的腐蚀产物代表标本管1 - 3,已暴露在充气的自来水,静态的自来水,和3.5%氯化钠溶液,分别。从表 6,可以看出阶段形成的腐蚀产物外表面上所有的标本非常相似。这表明标本来平衡与环境由于氢氧根更稳定的铁物种在环境温度 30.]。它们之间的细微的差别可以不同程度的水合作用的结果。另一方面,内表面上形成的腐蚀产物似乎是由环境和材料。物种的形成,如铁₃O₄在静态自来水由于铁的溶解度^{2 +}对菲^{3 +}和FeCl₃加气氯环境中通常是预期[ 14]。然而,铁的溶解度^{2 +}和菲^{3 +}据报道,因此最后的腐蚀产物潜在和pH值的函数( 31日]。