研究交流杂散电流对X80钢的剥离涂层下通过电化学方法的影响

抽象

通过电化学方法研究了AC杂散电流密度对具有剥离涂层缺陷X80钢的腐蚀行为的影响。实验结果表明，X80钢的开路电位是由于交流干扰的存在负移。负偏移的程度与AC杂散电流密度的增加而增加。和AC干扰的切割后的潜力仍然比以前更负。也就是说，腐蚀干扰切断交流电源后继续进行。在实验中，腐蚀电流密度为30A的初始阶段/米^2个交流杂散电流干扰约为无交流干扰的1.4倍，腐蚀电流密度为50A/m^2个AC杂散电流干扰正要没有交流干扰的那两次。

1.简介

随着经济的快速发展，国家对能源的需求越来越大。由于人口密度高，在中国缺乏土地资源，这是必然的高压输电线路或者铁路系统，石油和天然气管道的交叉或长途平行“公共走廊”将矗立起[1个,2个]。由交替的高电压传输线和铁路系统产生的直流电力是容易发生管线钢的AC腐蚀[三–6个]。AC的存在可以通过管道的保温突破加速管道的腐蚀和破坏，并危及人身安全[7个–10]。

随着埋地管道交流腐蚀问题的日益突出，国内外学者对交流杂散电流对管道腐蚀的影响进行了大量的研究。研究发现，交流电压对腐蚀速率没有直接影响，其主要作用是交流频率和交流电流密度[11]。刘成等人。[12]研究了AC的影响杂散上X80钢的不同电流密度下用失重法，SEM，XRD和EDS腐蚀电流。研究发现，与AC杂散电流密度增大的X80钢增加的腐蚀速率慢，然后迅速，最后增加的趋势减缓。同时，从均匀腐蚀局部腐蚀腐蚀变化的形式。富安清[13]研究了AC的影响杂散上通过电化学方法和失重法X65钢的腐蚀行为的电流。具有体积小涂层缺陷涂层管线钢具有交流杂散电流腐蚀的危险性高。下固定AC电流的干扰，偏振曲线上的电流的幅度成反比的缺陷直径的平方。芬克等。[14的10〜30A / m]的进行现场试验^2个300~1000A/m^2个暴露面积10cm的样品^2个在沙子和粘土。结果表明，如果在恒定的阴极保护的电流密度为2A /米^2个，当交流密度大于30 A/m时^2个，腐蚀速率将会在0.1毫米/一个。Goidanich等。[15]得到的实验结果，该AC腐蚀速率是在10A / m的电流密度原状当前样本的自腐蚀速率的两倍^2个;当交流电流密度超过30A /米^2个，腐蚀速率成倍增加。温家宝C等。[16]发现的数量，面积和腐蚀坑的深度与所述交流电流密度的增加引起的。朱呒等。[17]研究发现，随着交流电流密度的增加，钢的腐蚀程度增加，凹坑变得更加明显。戴诺等人。[18]发现，用50至100赫兹的高幅度的交流电压的干扰诱导对DSS 2205个样品大凹坑;点蚀腐蚀但是被抑制进一步增加频率。一般情况下，与AC电流密度的增加而增大金属的腐蚀速率和随时间减小，但在不同的腐蚀系统增加的幅度是不同的[19]。

以上研究大多是关于交流杂散电流对裸金属管线钢腐蚀行为的影响，没有考虑涂层的影响，实验装置采用传统的矩形间隙结构和楔形间隙结构实验装置，这与实际工程不同。在本文的研究中，对实验装置进行了改进。采用电化学方法研究了交流杂散电流对含剥落层缺陷埋地金属管道腐蚀行为的影响，为管线钢的安全运行提供了一定的参考。

2.实验方法

2.1。溶液的制备

土壤模拟溶液从土壤中吸收周围的石油管道在天津和离心。通过滴定测量后，最终得到的化学组成示于表1个.

2.2。电极的制备

X80管线钢挂片被选定为实验材料，具有大小50毫米×25毫米×2毫米，和X80管线钢的化学组成示于表2个.

模拟的涂层剥离装置是由有机玻璃板，0.5mm厚的硬质PVC板和吊件，如图1个. 采用硬质PVC板模拟剥离间隙厚度，预留48mm×21mm挂片面积作为工作区，其余五面用环氧树脂密封。

2.3。实验内容

AC的影响杂散上X80管线钢的与剥离涂层缺陷的腐蚀行为的电流密度通过测试电化学参数，如开路电位，极化曲线，和工作电极的电化学阻抗进行了研究。

工作电极浸没在所制备的土壤模拟溶液中，正弦波信号被施加到工作电极上。频率被设定为50Hz。交流电流密度为0A /米^2个，30 A /米^2个和50 A /米^2个.信号中的一个端与碳棒连接，并且另一端与工作电极相连。测试时间为11天。

电化学测试使用标准三电极系统。在这个系统中，X80管线钢的试样为工作电极进行测试（WE），以铂板作为对电极（CE-Pt）和饱和甘汞电极（SCE）为参比电极（RE）。和石墨电极被用于施加AC干扰。在电化学测试，串联电容器被添加到交流信号，以防止电化学检测系统从与所述交流信号的干扰。电极电位的整个纸张的参比电极是SCE。电化学测试装置在图中所示2个.

有三种方法来测试开路电位：AC密度之前电位测试被施加;当施加交流电流密度电位测试;AC密度后电位测试被去除。

电化学阻抗谱测试频率为0.1赫兹-100 kHz的10毫伏的幅度，和阻抗谱拟合通过ZSimp赢的软件。

极化曲线的扫描范围为±400毫伏（相对于开路电位），扫描速度为1毫伏/秒。

3。结果与讨论

3.1条。Eocp时间分析

工作电极电势随着时间的推移在不同的交流电流密度的变化显示于图三.每个曲线被分为三个阶段，其中0〜600S是无交流干扰的可能性，600〜1200秒是交流干扰下的电势，并且交流电流被移除之后1200〜1800是潜在的。如从图中可以看出三时，不施加交变电流时，工作电极的电势为约-0.66 v当它只是浸没在溶液中，并将其在-0.68伏，试验时间的延长是稳定的。此刻被施加的交流电流时，可以看到的是，工作电极的电位有一定的负偏移。当所施加的交流电流密度为30 A /米^2个，施加交流电的瞬时电位突然从-0.65 V降低到-0.72 V，并且移除交流电的瞬时电位移动到-0.69 V。当施加的交流电密度为50 A/m时^2个，用于将交流电瞬时势突然从-0.67V下降到-0.79V，最终在大约-0.80V稳定。当被删除交流电源，潜在的被移动到-0.71V。可以发现，50A的负电位偏差/米^2个大于30A / m的^2个.和的30 A /米的电势^2个更接近电势不大于50 A /米交流电^2个，但仍低于无交流电时的电位。结果表明，交流干扰的应用对工作电极电位有明显的影响。随着交流电流密度的增加，电位的干扰更加明显。系统电极反应所消耗的电能的补充，间接地加速了反应的进行。附加功率随外加交流电流密度的增大而增大，对反应的影响较大。其次，由于交流干扰产生的电场的影响，正负电荷层积累的电子比没有交流干扰时多，增加了电极/溶液相之间的界面电场，加速了阳极溶解和剥离X80电极。

3.2条。极化曲线分析

X80钢的无AC和30中A /米的偏振^2个和50安/米^2个在图中示出4个.开路电位是金属的腐蚀反应的热力学趋势的量度。越大阴极，并且当电势为负的阳极之间的电位差，更大的金属被腐蚀。从图中可以看出4个该开路电位有一定程度的与实验的三种情况的进展，这表明X80钢的倾向被显著腐蚀与实验的进展增加了负偏移。在实验开始时，开路电位的波动非常明显。与实验的进展，开路电位的波动变得平缓和异质性降低。

X80钢的腐蚀电流密度，而不AC和具有30 A /米的交流干扰^2个和50安/米^2个在图中示出5个. 根据不同交流电流密度下的极化曲线拟合出的电化学参数如表所示三.和腐蚀电流密度通过由工作区域划分腐蚀电流获得。

根据图5个和表2个，在实验开始时的腐蚀电流密度为49μA /厘米^2个无交流杂散电流。在施加交变电流的时刻，腐蚀电流密度为至多93μA /厘米^2个交流干扰50A/m^2个腐蚀电流密度大约比不交流的两倍。虽然腐蚀电流密度为至多66μA /厘米^2个与30A的交流干扰/米^2个腐蚀电流密度约为无交流时的1.4倍，即在施加交流杂散电流时，交流电的振荡增加了工作电极的电化学活性，加速了金属的腐蚀速率。实验开始时，电极表面氧含量较高，工作电极表面清洁，无腐蚀产物。此时电极与周围模拟溶液接触良好，有利于离子交换。

从第二天到实验的第八天，腐蚀电流密度减小到一定程度时与所述实验开始时相比较，并且有一个小的波动。这是因为，随着实验的进行，氧气被消耗。氧扩散较慢，腐蚀产物开始在电极表面上的形式和具有某种程度的积累，和腐蚀产物在涂层的所述损伤点的累积尤为明显。在这个阶段，氧扩散和腐蚀产物的积累导致腐蚀电流密度的快速下降。腐蚀电流密度基本上保持不变，因为实验的进行到第九天。30A的交流电流的施加/米^2个大于50A / m的交变电流密度的应用更大^2个.这可能是因为50A的交流电流密度的应用/米^2个在先前的腐蚀过程产生更多的腐蚀性产物并积聚在剥离涂层的缺陷，从而难以用于AC杂散电流进入和腐蚀电流密度低于当30 A /米的交流电流密度^2个已应用。总的来说，腐蚀电流密度随外加交流电流密度的增大而增大，但腐蚀后期的腐蚀电流密度差别不大。

3.3。EIS分析

数字6个是X80钢的交流阻抗谱无交流并与30A /米的交流电流密度^2个和50A /米^2个.从图中可以看出6个的是，在阻抗谱的高频容抗弧不从零点开始并且不重合。这是因为，在涂层的断裂点损坏的面积大，所述涂层被剥离后的溶液供给是足够的。剥离间隙是窄的，离子浓度是低的，以使得在狭缝溶液电阻是非常大的并且在所测量的电化学阻抗谱的高频容抗弧不从零开始和不一致[20,21]。高频阻抗谱部分地反射电极表面上的腐蚀的产品信息，而低频阻抗谱部分地反射电极反应的信息。从图中可以看出图6（a）该实验的第九天的高频电容antiarc半径不大于所述电容当不施加杂散电流的其它实验阶段，这可能是antiarc半径因为作为浸泡时间的延长，腐蚀产物膜形成在样品的表面上，以增加阻抗模量，使得反应难以进行，和耐腐蚀性提高。浸泡后1D，感抗主要是由腐蚀产物的吸附。从图中可以看出图6（b）随着AC杂散电流30A的密度/米^2个被施加，电容antiarc半径具有减小的趋势作为一个整体。它表明，在实验期间，交流防止的振荡附着井到X80钢基材的表面上的腐蚀产物膜，以使该表面腐蚀产物膜稍后从X80钢基体分离。从图中可以看出图6（c）作为交流杂散电流的50 A /米密度^2个被施加的电容性圆弧的半径增加，然后与浸渍时间降低。这可能是由于在后面的阶段交替的电流振荡的作用下离开X80钢的基体前体膜的积累。

电极电路由电气部件构成的等效电路表示，以准确地分析电化学阻抗谱，如图7个.其中，表示溶液阻力，形成在腐蚀金属表面吸附膜的电容，是吸附膜的形成在腐蚀金属表面的阻力，之间是金属表面和电解液的双层的电容，并是极化电阻。它与法拉第过程和阳极反应，因此它可以很好地反映腐蚀和用于表征腐蚀速率[22]。拿第一，第二和第九天作为分析的例子。的伯德图和极化电阻的拟合结果示于图八和表4个.

图伯德幅度 - 频率特性曲线八反映所述金属的耐腐蚀性。它可以从伯德图可以看出，幅频曲线有大的波动时，有没有交流干扰。施加交流干扰后，幅频曲线是平滑的并且变化范围较小。它表明交流干扰的涂布后的金属劣化的耐腐蚀性。

表4个给出了无交流和交流电流密度为30A/m时极化电阻的拟合结果^2个和50A /米^2个.表三表明，如果不施加AC杂散电流极化电阻增加，然后不施加AC杂散电流减小。也就是说，第一金属腐蚀的电阻增加，然后减小，并且腐蚀速率降低，然后再增加。当交流电流密度为30A /米^2个和50A /米^2个中，极化电阻降低，这表示该金属的汽提涂层下腐蚀程度与实验逐渐增大。

4。结论

交流干扰的存在使得X80钢移位负到一定程度的电势，并且更大的施加的AC电流密度更负移，表明AC可以加速X80钢的腐蚀。断开AC干扰后，潜力还是负大于以前，这表明腐蚀干扰断开AC后继续进行，并进一步说明了AC腐蚀的不可逆性。

不管有没有交流干扰，开路电位在实验开始时明显的波动。与实验程序中，开路电位的不均匀性降低，波动不再激烈。

交流干扰下30A/m腐蚀电流密度^2个和50A /米^2个大约是1.4倍，并且没有交流干扰的2倍。但在腐蚀后期，腐蚀电流密度是一个有点不同。和阻抗的结果是与偏振一致。该金属的耐腐蚀性的交流干扰的施加后恶化。

数据可用性

用来支持这项研究的发现研究数据包括在项目之内。

利益冲突

作者宣称，有感兴趣的关于这篇文章的发表任何冲突。

致谢

这项研究工作是由民航安全能力建设基金（施工安全评价体系，为多分支复杂的环形挡板管网）和机场工程研究基地开放式基金（基于BEASY的阴极保护模式在停机坪优化研究）的支持.

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