接地網金屬材料論文范文

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1實驗方法

實驗結束后，將試片表面的土壤清除干凈，采用Quanta200掃描電鏡(SEM)和INCA6650型能譜儀(EDS)以及BrukerD8Focus型X射線衍射儀(XRD)對試片以及開挖的接地扁鋼腐蝕產物進行分析。對加速腐蝕試片用500mLHCl+3.5g六次甲基四胺+500mL蒸餾水去除鍍鋅Q235扁鋼上的腐蝕產物，水洗、吹干后，在分析天平上稱重，精確到0.1mg，按照下式計算腐蝕速率。式中，m0為實驗前試片的質量，m1為實驗結束試片清除腐蝕產物后的質量，A為試片表面積，t為腐蝕時間，ν為腐蝕速率。

2實驗結果

2.1現場腐蝕產物分析圖1為A變電站服役13a接地網鍍鋅扁鋼的腐蝕產物的XRD分析結果。由圖1銹層X射線衍射可以看到，紅壤中服役13a的接地網鍍鋅扁鋼材料鋅層已經完全腐蝕，腐蝕產物中鐵的不同氧化物為主要腐蝕產物成分，腐蝕產物主要。主要是黏附在腐蝕產物中的土壤成分。圖2為鍍鋅扁鋼銹層微觀形貌圖，該接地扁鋼腐蝕產物有4層，從外到內依次為圖中標出來的a、b、c、d。對4處腐蝕產物進行能譜分析，所對應的能譜圖見圖3。從各腐蝕層的能譜分析結果可以看到：a層腐蝕產物以鐵的氧化物為主，但夾雜了一些SiO2之類的土壤成分；緊挨著的b腐蝕層則以鐵的氧化物為主，比較干凈；c腐蝕層能譜中出現了S；而d腐蝕層不僅出現了S，還出現了Cl。Cl-是土壤腐蝕性最強的一種陰離子[5,6]，Cl-能夠破壞接地材料的鈍態膜，加速接地材料腐蝕的陽極極化過程，并能穿透金屬腐蝕層，生成可溶性產物Fe2(OH)3Cl，從而加速接地材料的腐蝕[7]。c層能譜中S的存在說明了SO42-參與了陰極反應，這可能與硫酸還原菌的存在有關[8]。

2.2室內電化學實驗A站的土壤理化性質測試結果如表1中所示，圖4為鍍鋅Q235在不同濃度Cl-與SO42-下的腐蝕電流曲線圖，腐蝕電流隨Cl-與SO42-的變化規律基本一致，都是先增大后減小。隨著Cl-與SO42-濃度的增大，土壤的電導率增加導致了金屬腐蝕速率增加，該過程為電阻控制過程。但土壤電導率增加有限，當Cl-與SO42-濃度繼續增大時，土壤與鍍鋅Q235界面之間形成的腐蝕產物影響了離子的擴散[10]，因此無論是Cl-還是SO42-，鍍鋅Q235碳鋼的腐蝕電流都出現了小幅下降。但是，Cl-能夠吸附在氧化膜上，與氧化膜中的陽離子結合形成可溶性氯化物[11]，酸性的紅壤環境更有利于氯化物的溶解，SO42-離子則沒有這種作用，因而其腐蝕電流下降的比Cl-更為迅速。從圖4中還可以看到，當SO42-含量高于0.01%時，鍍鋅鋼腐蝕電流基本維持在200µA左右，在SO42-含量為0.25%時達到最大值250µA；當Cl-含量達到0.5%時，腐蝕電流增加到最大值254µA；當繼續增大Cl-含量時，腐蝕電流基本上維持在200µA左右。在腐蝕電流峰值附近，1份SO42-與2份Cl-對土壤腐蝕性具有基本等效的貢獻。

2.3室內腐蝕加速實驗結果5座變電站接地網層土壤理化性能測定結果如表1所示。

2.3.1腐蝕速率分析由圖5鍍鋅Q235在該地區5座變電站土壤中的腐蝕速率圖可以看到，隨著腐蝕時間的增加，鍍鋅Q235在5座變電站土壤中的腐蝕速率均呈現先增大后減小最終略有增大并趨于穩定的規律。腐蝕初期以局部腐蝕開始，由于點蝕的增多使得腐蝕速率增加。當鍍鋅層受腐蝕后露出碳鋼基時，碳鋼基體與鍍鋅層就會構成微電池[12]，形成類似于犧牲陽極的陰極保護形式，起到保護碳鋼基體的效果，基體的腐蝕速率較小。隨著鍍鋅層的逐漸腐蝕，這種保護效果逐漸變弱，碳鋼基體逐漸受到腐蝕，腐蝕速率增大，在紅壤介質中，碳鋼處于類似于酸性溶液體系的環境，其腐蝕速率較為平緩。

2.3.2腐蝕產物分析圖6a~e為鍍鋅Q235在該地區5座變電站土壤中加速腐蝕65d后的腐蝕形貌圖，圖7為鍍鋅Q235在A座變電站土壤中加速腐蝕65d后腐蝕產物的X射線衍射圖。由圖6可知，鍍鋅Q235試片在5座變電站紅壤中均發生了較為嚴重的腐蝕，部分試片表面黏附有土壤，與現場開挖情況較為一致。圖7鍍鋅Q235在A變電站紅壤中的XRD分析結果表明，鍍鋅Q235碳鋼在A座變電站紅壤中的腐蝕產物主要是ZnO、Fe2O3、FeOOH。該腐蝕產物中檢測到ZnO，而現場開挖接地扁鋼腐蝕產物檢測不到鋅的氧化物，這可能與接地網鍍鋅扁鋼服役時間較久導致鍍鋅層已經完全腐蝕掉有關。圖8給出了5個站現場開挖腐蝕數據與室內加速腐蝕數據的相關性趨勢，其中現場腐蝕速率理論計算得到。結果表明，室內模擬加速腐蝕實驗加速比平均達到6.4，在不改變土壤腐蝕介質情況下，該實驗具有較好的加速效果，即65d的加速腐蝕即可達到現場埋設1a以上的腐蝕效果。此外，相關性分析發現，二者的相關性系數達到0.88，表明該加速腐蝕實驗具有與現場較好的相關性。

3結論

(1)該地紅壤中變電站接地網鍍鋅扁鋼的土壤腐蝕以均勻腐蝕為主，腐蝕產物主要由FeOOH、Fe3O4、Fe2O3等組成。(2)在腐蝕電流峰值附近，1份SO42-與2份Cl-對鍍鋅Q235碳鋼在紅壤中的腐蝕性影響具有等效的貢獻。(3)室內加速實驗表明，隨著加速腐蝕時間的增加，鍍鋅Q235碳鋼在紅壤中的腐蝕速度先增大后減小。(4)通過控溫控濕的加速腐蝕效果良好，未改變鍍鋅Q235碳鋼在紅壤中的腐蝕機理，且與現場具有較好的相關性，有望成為室內研究土壤腐蝕新的平臺。

作者：王磊靜徐松朱志平周藝馮兵單位：長沙理工大學化學與生物工程學院國網湖南省電力公司電力科學研究院