，， ，，3

(1.石家莊市第一中學(xué),河北 石家莊 050010;2.西安理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048；3.陜西省腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048)

長期以來研究人員認(rèn)為交流雜散電流對(duì)金屬的腐蝕影響較小，認(rèn)為交流電的正半周期加速金屬腐蝕[1-2]，而負(fù)半周期又對(duì)金屬起到保護(hù)作用。因此，整體上來講，交流雜散電流對(duì)金屬腐蝕影響較小。此外，當(dāng)作用時(shí)間相同時(shí)，交流雜散電流與直流雜散電流相比[3-4]，僅是正半周期會(huì)加速金屬的腐蝕，其加速腐蝕的影響大大減小。甚至有人指出，當(dāng)極化曲線中陽極極化曲線斜率等于1時(shí)，腐蝕的增大量與減小量相等，交流雜散電流對(duì)金屬腐蝕不產(chǎn)生影響。這使得交流雜散電流對(duì)地下金屬的腐蝕研究相對(duì)較少[5]。但在變電站接地網(wǎng)腐蝕的調(diào)研中作者發(fā)現(xiàn)，交流雜散電流不僅加速了變電站接地網(wǎng)腐蝕，甚至引起接地網(wǎng)的大量斷裂。為了對(duì)變電站接地網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，文中模擬了某變電站的實(shí)際土壤環(huán)境，通過電化學(xué)測(cè)試，研究了交流雜散電流對(duì)Q235鋼的腐蝕行為，為變電站接地網(wǎng)的防腐蝕提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 材料的制備

試驗(yàn)材料為Q235鋼，尺寸為10×25×3mm。用砂紙將試樣逐級(jí)打磨至2000#，使試樣表面平整光亮，然后用無水乙醇超聲清洗表面，除去油污等雜質(zhì)。最后將試樣封裝，暴露面積為5.4 cm2，用酒精擦洗試樣表面，風(fēng)干，備用。

表1 某變電站土壤理化分析Table 1 Physical and chemical analysis of soil in a substation

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 腐蝕行為測(cè)試

采用圖1所示的電化學(xué)測(cè)試裝置，通過Ver4.2corrTest系統(tǒng)測(cè)試Q235鋼試樣在所模擬的酸性土壤溶液中的極化曲線和電流、電位-時(shí)間曲線，研究Q235鋼在交流雜散電流作用下的腐蝕行為。測(cè)試體系為三電極體系，測(cè)試面積為5.4 cm2，工作電極為試樣，輔助電極為Pt電極，參比電極為飽和甘汞電極。測(cè)試過程中，對(duì)試樣施加1.2 V、50 Hz交流電，對(duì)比試樣不施加交流電。

圖1 電化學(xué)測(cè)試裝置示意圖Fig.1 Scheme for electrochemical testing

1.2.2 表面形貌測(cè)試

采用JSM-6700F掃描電子顯微鏡(SEM)觀察在酸性土壤溶液中經(jīng)交流電腐蝕7天后的試樣表面形貌。

1.2.3 彎折測(cè)試

試驗(yàn)測(cè)試7天后，取出試樣進(jìn)行彎折試驗(yàn)。將試樣夾在虎鉗上進(jìn)行90°彎折，直至試樣斷裂，以彎折的次數(shù)進(jìn)行脆斷評(píng)價(jià)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 極化曲線分析

圖2 外加1.2V,50 HZ交流電時(shí)，Q235鋼的極化曲線Fig.2 The polarization curve of Q235 steel by applying AC current (1.2V,50 Hz)

圖2為Q235在1.2 V、50 Hz交流電作用下測(cè)得的極化曲線。由圖2可見，對(duì)試樣外加交流電時(shí)測(cè)得的極化曲線光滑，看不到交流電對(duì)極化曲線測(cè)試的干擾。在極化曲線的陽極極化區(qū)域，即交流雜散電流的正半周期，隨著電位的增大，金屬腐蝕的速度不斷增大，腐蝕電流沿斜率a上升。當(dāng)電位小于自腐蝕電位時(shí)，即交流雜散電流的負(fù)半周期，陰極出現(xiàn)了擴(kuò)散控制的過程，在酸性體系中，這種擴(kuò)散控制主要為析氫腐蝕，說明Q235鋼表面發(fā)生析氫，析氫電位為-0.725 v，電流為10-5A/cm2。在交流電正半周期，電極表面發(fā)生的反應(yīng)是Fe→Fe+2+2e，Q235鋼的腐蝕加?。辉诮涣麟娯?fù)半周，發(fā)生的反應(yīng)是2H++2e→H2，電極表面有氫氣析出，Q235鋼遭受了析氫腐蝕。由于析氫電位為-0.725 V，而外加的1.2 V交流電可以使負(fù)半周的最低電位達(dá)到-1.9 V，因此在交流電作用下Q235鋼遭受的析氫腐蝕是很嚴(yán)重的。

2.2 電位、電流-時(shí)間曲線分析

圖3為電位、電流隨時(shí)間變化的曲線。由圖3可見，電極表面的電位、電流隨時(shí)間變化出現(xiàn)周期性變化，變化周期為0.02 s，電極表面的正電位最大值為0.8 V(SCE)，負(fù)電位最大值為-1.9 V(SCE)，電流最大為14 mA，最小為-14 mA。

以自然腐蝕電位畫一條線，圖3中正線曲線的上半周期是一個(gè)周期內(nèi)外加交流電增大的腐蝕電流部分，下半周期是一個(gè)周期內(nèi)電位低于自腐蝕電位的部分。由于電位低于自腐蝕電位，材料不會(huì)發(fā)生腐蝕，但自腐蝕電位下降到析氫電位所需的時(shí)間基本上可以忽略，因此陰極電位的下半周期基本上處于析氫電位范圍內(nèi)。在交流電的負(fù)半周期，Q235鋼會(huì)遭受析氫腐蝕。

圖3 電位、電流-時(shí)間曲線、Fig.3 The potential and current curves with time

2.3 性能及腐蝕形貌分析

由極化曲線和電位、電流-時(shí)間曲線的分析結(jié)果可知，交流雜散電流可使Q235鋼發(fā)生氫脆。自然腐蝕的試樣經(jīng)6次90°彎折試驗(yàn)后，試樣表面出現(xiàn)裂紋，發(fā)生脆斷。交流雜散電流腐蝕的試樣經(jīng)4次90°彎折試驗(yàn)后就發(fā)生了脆斷。

(a)交流雜散電流的腐蝕；(b)自然腐蝕，×400

圖4 試樣的腐蝕形貌

Fig.4 The corrosion morphology of samples by

采用失重法計(jì)算兩種不同腐蝕條件下的試樣的腐蝕速度。自然腐蝕時(shí)，試樣的腐蝕速度為0.64 mm/a。在交流雜散電流加速腐蝕下，試樣的腐蝕速度為0.76 mm/a，比自然腐蝕的速率增大了18.8%。

圖4為自然腐蝕和交流雜散電流腐蝕情況下試樣的腐蝕形貌。由圖4(a)可見，交流雜散電流情況下，試樣表面出現(xiàn)了較大的蝕坑，這可能是由于交流雜散電流加速腐蝕，使得晶粒松動(dòng)，而析氫又使晶粒大塊脫落所致。自然腐蝕表面比較平整(見圖4(b))，表明自然腐蝕程度相對(duì)溫和。

3 結(jié)論

通過外加1.2V，50Hz的交流電流，在試驗(yàn)室模擬的某變電站pH值=4的酸性土壤中，測(cè)試了交流電對(duì)Q235鋼的腐蝕影響。研究表明：在交流電的正半周期，加速了Q235鋼的腐蝕；在交流電的負(fù)半周期，Q235鋼接地體未受到陰極保護(hù)，而是受到析氫的腐蝕；在加速腐蝕和析氫腐蝕的共同作用下Q235鋼表面出現(xiàn)大塊的腐蝕坑。在模擬條件下測(cè)試7天，外加1.2V，50Hz交流電時(shí)試樣經(jīng)4次90°彎折后脆斷；未加交流電時(shí)試樣經(jīng)6次90°彎折才出現(xiàn)裂紋。無交流電干擾時(shí)，Q235鋼的腐蝕速度為0.64 mm/a；在交流電干擾下，Q235鋼的腐蝕速度為0.76 mm/a，腐蝕速度增大了18.8%。