模擬深海環(huán)境陰極保護初期鈣鎂沉積層的研究.pdf

1、隨著深海工程技術的發(fā)展，深海環(huán)境對金屬材料的耐腐蝕性能的影響受到越來越多的關注。陰極保護依然是防止鋼構筑物在深海腐蝕的最有效方法之一。作為陰極保護的結果，鋼表面會形成鈣鎂沉積層。它一方面限制海水中的溶解氧向鋼表面的擴散，增大金屬的極化電阻；另一方面還可以阻止鋼的裂紋擴展，提高鋼的耐疲勞腐蝕等性能，增強陰極保護效果。
　　 目前鈣鎂沉積層的研究大都是針對淺海環(huán)境各種因素對鈣質層的影響，對深海環(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鋼為研究對象，采用恒電流極化方法，對不同的實驗模擬環(huán)境條件下，鈣鎂沉積層的形成生長情況進行了對比研究。
　　 依據(jù)鈣鎂沉積層的形成特點及實海環(huán)境因素，本文主要以溫度、溶解氧以及流動性為主要研究對象。在每個實驗環(huán)境下選取40mA/m2～800mA/m2極化電流密度，分別進行了7天恒流極化實驗，研究了極化電位隨時間的變化規(guī)律。結果表明，常溫流動條件下極化電流密度大于200mA/m2時才能在實驗結束時保證試片的極化電位

3、達到Q235鋼的最低保護電位-0.85V(vs.Ag/AgCl)，比常溫靜態(tài)條件需要更大的極化電流密度；在低溫流動環(huán)境中，極化電流密度要大于400mA/m2時才會達到最低保護電位；在低溫低溶解氧條件下，150mA/m2～800mA/m2極化電流密度范圍內，實驗結束時極化電位都能達到最低保護電位要求。
　　 電化學線性極化實驗表明，在不同的實驗環(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，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，當電流密度高于300mA/m2時，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。當電流密度較小時，由于達不到完全保護，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。常溫動態(tài)條件下，當電流密度大于400mA/m2時，由于析氫反應的發(fā)生沉積層會出現(xiàn)開裂脫落現(xiàn)象，并觀察到Mg(OH)2內層和CaCO3外層的結構特征。在低溫條件下當電流密度小于300mA/m2時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，當電流密度達到400mA/m2時，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，試片表面也只有零星鈣鎂沉淀出現(xiàn)，當電流密度達到600mA/m2時，才有鈣鎂層出現(xiàn)，形貌、成分與低溫條件下相似。
　　 對比分析可以看出鈣鎂沉積層與電流密度密切相關，在一定環(huán)境下，陰極保護初期較大的電流密度能使試片更快達到保護電位，鈣鎂沉積層形成更加良好。由于流動性的影響，極化電位的負移會延遲，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