接地網(wǎng)金屬材料論文范文

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1實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)試片以及開挖的接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。對(duì)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(chǎn)物，水洗、吹干后，在分析天平上稱重，精確到0.1mg，按照下式計(jì)算腐蝕速率。式中，m0為實(shí)驗(yàn)前試片的質(zhì)量，m1為實(shí)驗(yàn)結(jié)束試片清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量，A為試片表面積，t為腐蝕時(shí)間，ν為腐蝕速率。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物分析圖1為A變電站服役13a接地網(wǎng)鍍鋅扁鋼的腐蝕產(chǎn)物的XRD分析結(jié)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(wǎng)鍍鋅扁鋼材料鋅層已經(jīng)完全腐蝕，腐蝕產(chǎn)物中鐵的不同氧化物為主要腐蝕產(chǎn)物成分，腐蝕產(chǎn)物主要。主要是黏附在腐蝕產(chǎn)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(chǎn)物有4層，從外到內(nèi)依次為圖中標(biāo)出來的a、b、c、d。對(duì)4處腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，所對(duì)應(yīng)的能譜圖見圖3。從各腐蝕層的能譜分析結(jié)果可以看到：a層腐蝕產(chǎn)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(xiàn)了S；而d腐蝕層不僅出現(xiàn)了S，還出現(xiàn)了Cl。Cl-是土壤腐蝕性最強(qiáng)的一種陰離子[5,6]，Cl-能夠破壞接地材料的鈍態(tài)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(chǎn)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(yīng)，這可能與硫酸還原菌的存在有關(guān)[8]。

2.2室內(nèi)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)A站的土壤理化性質(zhì)測(cè)試結(jié)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(guī)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(dǎo)率增加導(dǎo)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(dǎo)率增加有限，當(dāng)Cl-與SO42-濃度繼續(xù)增大時(shí)，土壤與鍍鋅Q235界面之間形成的腐蝕產(chǎn)物影響了離子的擴(kuò)散[10]，因此無論是Cl-還是SO42-，鍍鋅Q235碳鋼的腐蝕電流都出現(xiàn)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(jié)合形成可溶性氯化物[11]，酸性的紅壤環(huán)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(dāng)SO42-含量高于0.01%時(shí)，鍍鋅鋼腐蝕電流基本維持在200µA左右，在SO42-含量為0.25%時(shí)達(dá)到最大值250µA；當(dāng)Cl-含量達(dá)到0.5%時(shí)，腐蝕電流增加到最大值254µA；當(dāng)繼續(xù)增大Cl-含量時(shí)，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(duì)土壤腐蝕性具有基本等效的貢獻(xiàn)。

2.3室內(nèi)腐蝕加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果5座變電站接地網(wǎng)層土壤理化性能測(cè)定結(jié)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(qū)5座變電站土壤中的腐蝕速率圖可以看到，隨著腐蝕時(shí)間的增加，鍍鋅Q235在5座變電站土壤中的腐蝕速率均呈現(xiàn)先增大后減小最終略有增大并趨于穩(wěn)定的規(guī)律。腐蝕初期以局部腐蝕開始，由于點(diǎn)蝕的增多使得腐蝕速率增加。當(dāng)鍍鋅層受腐蝕后露出碳鋼基時(shí)，碳鋼基體與鍍鋅層就會(huì)構(gòu)成微電池[12]，形成類似于犧牲陽極的陰極保護(hù)形式，起到保護(hù)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(hù)效果逐漸變?nèi)?，碳鋼基體逐漸受到腐蝕，腐蝕速率增大，在紅壤介質(zhì)中，碳鋼處于類似于酸性溶液體系的環(huán)境，其腐蝕速率較為平緩。

2.3.2腐蝕產(chǎn)物分析圖6a~e為鍍鋅Q235在該地區(qū)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(chǎn)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(fā)生了較為嚴(yán)重的腐蝕，部分試片表面黏附有土壤，與現(xiàn)場(chǎng)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(jié)果表明，鍍鋅Q235碳鋼在A座變電站紅壤中的腐蝕產(chǎn)物主要是ZnO、Fe2O3、FeOOH。該腐蝕產(chǎn)物中檢測(cè)到ZnO，而現(xiàn)場(chǎng)開挖接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物檢測(cè)不到鋅的氧化物，這可能與接地網(wǎng)鍍鋅扁鋼服役時(shí)間較久導(dǎo)致鍍鋅層已經(jīng)完全腐蝕掉有關(guān)。圖8給出了5個(gè)站現(xiàn)場(chǎng)開挖腐蝕數(shù)據(jù)與室內(nèi)加速腐蝕數(shù)據(jù)的相關(guān)性趨勢(shì)，其中現(xiàn)場(chǎng)腐蝕速率理論計(jì)算得到。結(jié)果表明，室內(nèi)模擬加速腐蝕實(shí)驗(yàn)加速比平均達(dá)到6.4，在不改變土壤腐蝕介質(zhì)情況下，該實(shí)驗(yàn)具有較好的加速效果，即65d的加速腐蝕即可達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)1a以上的腐蝕效果。此外，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.88，表明該加速腐蝕實(shí)驗(yàn)具有與現(xiàn)場(chǎng)較好的相關(guān)性。

3結(jié)論

(1)該地紅壤中變電站接地網(wǎng)鍍鋅扁鋼的土壤腐蝕以均勻腐蝕為主，腐蝕產(chǎn)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(duì)鍍鋅Q235碳鋼在紅壤中的腐蝕性影響具有等效的貢獻(xiàn)。(3)室內(nèi)加速實(shí)驗(yàn)表明，隨著加速腐蝕時(shí)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(jī)理，且與現(xiàn)場(chǎng)具有較好的相關(guān)性，有望成為室內(nèi)研究土壤腐蝕新的平臺(tái)。

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