模擬深海環(huán)境陰極保護(hù)初期鈣鎂沉積層的研究.pdf

1、隨著深海工程技術(shù)的發(fā)展，深海環(huán)境對(duì)金屬材料的耐腐蝕性能的影響受到越來越多的關(guān)注。陰極保護(hù)依然是防止鋼構(gòu)筑物在深海腐蝕的最有效方法之一。作為陰極保護(hù)的結(jié)果，鋼表面會(huì)形成鈣鎂沉積層。它一方面限制海水中的溶解氧向鋼表面的擴(kuò)散，增大金屬的極化電阻；另一方面還可以阻止鋼的裂紋擴(kuò)展，提高鋼的耐疲勞腐蝕等性能，增強(qiáng)陰極保護(hù)效果。
　　 目前鈣鎂沉積層的研究大都是針對(duì)淺海環(huán)境各種因素對(duì)鈣質(zhì)層的影響，對(duì)深海環(huán)境下鈣鎂沉積層的形成及生長情況涉及較少

2、。本文以Q235鋼為研究對(duì)象，采用恒電流極化方法，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境條件下，鈣鎂沉積層的形成生長情況進(jìn)行了對(duì)比研究。
　　 依據(jù)鈣鎂沉積層的形成特點(diǎn)及實(shí)海環(huán)境因素，本文主要以溫度、溶解氧以及流動(dòng)性為主要研究對(duì)象。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下選取40mA/m2～800mA/m2極化電流密度，分別進(jìn)行了7天恒流極化實(shí)驗(yàn)，研究了極化電位隨時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明，常溫流動(dòng)條件下極化電流密度大于200mA/m2時(shí)才能在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)保證試片的極化電位

3、達(dá)到Q235鋼的最低保護(hù)電位-0.85V(vs.Ag/AgCl)，比常溫靜態(tài)條件需要更大的極化電流密度；在低溫流動(dòng)環(huán)境中，極化電流密度要大于400mA/m2時(shí)才會(huì)達(dá)到最低保護(hù)電位；在低溫低溶解氧條件下，150mA/m2～800mA/m2極化電流密度范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)極化電位都能達(dá)到最低保護(hù)電位要求。
　　 電化學(xué)線性極化實(shí)驗(yàn)表明，在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，試片的極化電阻都是隨著極化電流密度的增加而加大。在相同極化電流密度下，溫度越低、

4、溶解氧含量越小，形成的極化電阻越小。電流密度較小時(shí)，由于鈣鎂沉積層形成不明顯，不同環(huán)境中極化電阻值相差不大；隨著電流密度的加大，常溫條件下試片的極化電阻升高較快，當(dāng)電流密度高于300mA/m2時(shí)，極化電阻是低溫以及低溫低氧條件下極化電阻的2～3倍。
　　 表面成分分析表明，鈣鎂沉積層的主要成分都是CaCO3和Mg(OH)2。當(dāng)電流密度較小時(shí)，由于達(dá)不到完全保護(hù)，試片表面沉積層與銹層共存；隨著電流密度的增加，沉積層形成越加明顯，厚

5、度變大，沉積層中鎂含量隨著電流密度的增加而升高。常溫動(dòng)態(tài)條件下，當(dāng)電流密度大于400mA/m2時(shí)，由于析氫反應(yīng)的發(fā)生沉積層會(huì)出現(xiàn)開裂脫落現(xiàn)象，并觀察到Mg(OH)2內(nèi)層和CaCO3外層的結(jié)構(gòu)特征。在低溫條件下當(dāng)電流密度小于300mA/m2時(shí)沒有明顯鈣鎂沉積層出現(xiàn)，只有顆粒狀沉淀物零星出現(xiàn)，表面成分分析顯示鈣鎂含量很少，當(dāng)電流密度達(dá)到400mA/m2時(shí)，試片表面被很薄的沉積層覆蓋，其主要成分是CaCO3，Mg(OH)2含量很少。低溫低氧條

6、件下，電流密度小于400mA/m2時(shí)，試片表面也只有零星鈣鎂沉淀出現(xiàn)，當(dāng)電流密度達(dá)到600mA/m2時(shí)，才有鈣鎂層出現(xiàn)，形貌、成分與低溫條件下相似。
　　 對(duì)比分析可以看出鈣鎂沉積層與電流密度密切相關(guān)，在一定環(huán)境下，陰極保護(hù)初期較大的電流密度能使試片更快達(dá)到保護(hù)電位，鈣鎂沉積層形成更加良好。由于流動(dòng)性的影響，極化電位的負(fù)移會(huì)延遲，金屬表面的陰極產(chǎn)物離子，如OH等較難在陰極區(qū)富集，相比靜態(tài)條件沉積層形成困難。溫度和溶解氧含量也是影