薄液膜与交/直流环境下电网用典型金属材料腐蚀行为及机理

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随着中国经济的蓬勃发展,全社会对电力的需求日益增加,这也推动了国家电力行业的建设与发展。输电容量的增大、500 k V以上超高输电线路数量的增多以及单/双回路单基塔的转变等增大金属材料的消耗。铝合金因其易于加工且具有良好的塑性、较高的强度、优异的耐蚀性和耐氧化性等特征,被应用于电网塔架构件和高铁电力金具的制备。此外,钢铁也被应用于塔架和输电线路的建设。在电网建设过程中,考虑到裸钢耐蚀性较差的问题,往往采取在钢铁外镀锌的方法增加钢材的服役寿命。但在材料的服役过程中,除了风吹日晒和雨水侵蚀等自然环境造成的影响之外,服役环境中存在的超高压电场也会加剧金属材料的失效,由此引发的社会问题和经济损失不容小觑。因此,为了保证铝合金构件、镀锌钢输电塔架和线路长期安全的运行,对铝合金和镀锌钢在电场环境中腐蚀行为的研究刻不容缓。本论文主要是以铝合金A6082-T6、镀锌钢和20号碳钢为研究对象,展开模拟大气环境和外加电场对金属材料的腐蚀行为研究。本文以电网用铝合金A6082-T6、镀锌钢和20号碳钢为研究对象,采用电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)、阴极极化曲线(Cathodic Polarization Curve),并结合扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法,分别研究了模拟大气环境下交/直流电场对A6082-T6铝合金腐蚀行为的影响、模拟大气环境下外加交流电场对镀锌钢腐蚀行为的影响以及模拟大气环境对20号碳钢腐蚀行为的影响。结果表明:铝合金A6082-T6的腐蚀速率随着液膜的减薄而加快;外加交/直流电场均加快铝合金的腐蚀速率,且随着外加直电场强度的增大,铝合金的腐蚀速率有所增大。此外,外加电场显著改变铝合金局部的腐蚀形态,浸泡后的腐蚀形貌由原先大量的点腐蚀转变为严重的剥落腐蚀。20号碳钢和镀锌钢的研究结果表明,随着薄液膜厚度的减小,碳钢和镀锌钢的腐蚀速率均呈现递增的趋势。二者在3.5 wt.%Na Cl本体溶液中的腐蚀速率明显低于在薄液膜下的腐蚀速率,且二者的腐蚀速率在薄液膜厚度为70μm时最大。20号碳钢在薄液膜下生成的锈层主要分为内外两层,外层疏松多孔,内层较为致密,但是锈层对碳钢基体的保护作用较弱。镀锌钢在薄液膜中的局部腐蚀相较于在本体溶液中更为严重。在外加交流电场作用下,随着电场强度的增大,镀锌钢的阴极极限电流密度增大,腐蚀速率加快。
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