接地网金属材料论文范文

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1实验方法

实验结束后，将试片表面的土壤清除干净，采用Quanta200扫描电镜(SEM)和INCA6650型能谱仪(EDS)以及BrukerD8Focus型X射线衍射仪(XRD)对试片以及开挖的接地扁钢腐蚀产物进行分析。对加速腐蚀试片用500mLHCl+3.5g六次甲基四胺+500mL蒸馏水去除镀锌Q235扁钢上的腐蚀产物，水洗、吹干后，在分析天平上称重，精确到0.1mg，按照下式计算腐蚀速率。式中，m0为实验前试片的质量，m1为实验结束试片清除腐蚀产物后的质量，A为试片表面积，t为腐蚀时间，ν为腐蚀速率。

2实验结果

2.1现场腐蚀产物分析图1为A变电站服役13a接地网镀锌扁钢的腐蚀产物的XRD分析结果。由图1锈层X射线衍射可以看到，红壤中服役13a的接地网镀锌扁钢材料锌层已经完全腐蚀，腐蚀产物中铁的不同氧化物为主要腐蚀产物成分，腐蚀产物主要。主要是黏附在腐蚀产物中的土壤成分。图2为镀锌扁钢锈层微观形貌图，该接地扁钢腐蚀产物有4层，从外到内依次为图中标出来的a、b、c、d。对4处腐蚀产物进行能谱分析，所对应的能谱图见图3。从各腐蚀层的能谱分析结果可以看到：a层腐蚀产物以铁的氧化物为主，但夹杂了一些SiO2之类的土壤成分；紧挨着的b腐蚀层则以铁的氧化物为主，比较干净；c腐蚀层能谱中出现了S；而d腐蚀层不仅出现了S，还出现了Cl。Cl-是土壤腐蚀性最强的一种阴离子[5,6]，Cl-能够破坏接地材料的钝态膜，加速接地材料腐蚀的阳极极化过程，并能穿透金属腐蚀层，生成可溶性产物Fe2(OH)3Cl，从而加速接地材料的腐蚀[7]。c层能谱中S的存在说明了SO42-参与了阴极反应，这可能与硫酸还原菌的存在有关[8]。

2.2室内电化学实验A站的土壤理化性质测试结果如表1中所示，图4为镀锌Q235在不同浓度Cl-与SO42-下的腐蚀电流曲线图，腐蚀电流随Cl-与SO42-的变化规律基本一致，都是先增大后减小。随着Cl-与SO42-浓度的增大，土壤的电导率增加导致了金属腐蚀速率增加，该过程为电阻控制过程。但土壤电导率增加有限，当Cl-与SO42-浓度继续增大时，土壤与镀锌Q235界面之间形成的腐蚀产物影响了离子的扩散[10]，因此无论是Cl-还是SO42-，镀锌Q235碳钢的腐蚀电流都出现了小幅下降。但是，Cl-能够吸附在氧化膜上，与氧化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物[11]，酸性的红壤环境更有利于氯化物的溶解，SO42-离子则没有这种作用，因而其腐蚀电流下降的比Cl-更为迅速。从图4中还可以看到，当SO42-含量高于0.01%时，镀锌钢腐蚀电流基本维持在200µA左右，在SO42-含量为0.25%时达到最大值250µA；当Cl-含量达到0.5%时，腐蚀电流增加到最大值254µA；当继续增大Cl-含量时，腐蚀电流基本上维持在200µA左右。在腐蚀电流峰值附近，1份SO42-与2份Cl-对土壤腐蚀性具有基本等效的贡献。

2.3室内腐蚀加速实验结果5座变电站接地网层土壤理化性能测定结果如表1所示。

2.3.1腐蚀速率分析由图5镀锌Q235在该地区5座变电站土壤中的腐蚀速率图可以看到，随着腐蚀时间的增加，镀锌Q235在5座变电站土壤中的腐蚀速率均呈现先增大后减小最终略有增大并趋于稳定的规律。腐蚀初期以局部腐蚀开始，由于点蚀的增多使得腐蚀速率增加。当镀锌层受腐蚀后露出碳钢基时，碳钢基体与镀锌层就会构成微电池[12]，形成类似于牺牲阳极的阴极保护形式，起到保护碳钢基体的效果，基体的腐蚀速率较小。随着镀锌层的逐渐腐蚀，这种保护效果逐渐变弱，碳钢基体逐渐受到腐蚀，腐蚀速率增大，在红壤介质中，碳钢处于类似于酸性溶液体系的环境，其腐蚀速率较为平缓。

2.3.2腐蚀产物分析图6a~e为镀锌Q235在该地区5座变电站土壤中加速腐蚀65d后的腐蚀形貌图，图7为镀锌Q235在A座变电站土壤中加速腐蚀65d后腐蚀产物的X射线衍射图。由图6可知，镀锌Q235试片在5座变电站红壤中均发生了较为严重的腐蚀，部分试片表面黏附有土壤，与现场开挖情况较为一致。图7镀锌Q235在A变电站红壤中的XRD分析结果表明，镀锌Q235碳钢在A座变电站红壤中的腐蚀产物主要是ZnO、Fe2O3、FeOOH。该腐蚀产物中检测到ZnO，而现场开挖接地扁钢腐蚀产物检测不到锌的氧化物，这可能与接地网镀锌扁钢服役时间较久导致镀锌层已经完全腐蚀掉有关。图8给出了5个站现场开挖腐蚀数据与室内加速腐蚀数据的相关性趋势，其中现场腐蚀速率理论计算得到。结果表明，室内模拟加速腐蚀实验加速比平均达到6.4，在不改变土壤腐蚀介质情况下，该实验具有较好的加速效果，即65d的加速腐蚀即可达到现场埋设1a以上的腐蚀效果。此外，相关性分析发现，二者的相关性系数达到0.88，表明该加速腐蚀实验具有与现场较好的相关性。

3结论

(1)该地红壤中变电站接地网镀锌扁钢的土壤腐蚀以均匀腐蚀为主，腐蚀产物主要由FeOOH、Fe3O4、Fe2O3等组成。(2)在腐蚀电流峰值附近，1份SO42-与2份Cl-对镀锌Q235碳钢在红壤中的腐蚀性影响具有等效的贡献。(3)室内加速实验表明，随着加速腐蚀时间的增加，镀锌Q235碳钢在红壤中的腐蚀速度先增大后减小。(4)通过控温控湿的加速腐蚀效果良好，未改变镀锌Q235碳钢在红壤中的腐蚀机理，且与现场具有较好的相关性，有望成为室内研究土壤腐蚀新的平台。

作者：王磊静徐松朱志平周艺冯兵单位：长沙理工大学化学与生物工程学院国网湖南省电力公司电力科学研究院