理工大学研究生课程论文
题目电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用XX郝科
学号WP2015007 (材料保护研究所)
专业班级材研1510
电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应
用研究
摘要:交流阻抗技术(AC impedance) 又称为电化学阻抗谱( electrochemical impedance spectroscopy, 简称EIS) , 是一种以小振幅的正弦电位( 或电流) 为扰动信号的电化学测量方法。腐蚀科学是交流阻抗技术获得应用的一个重要领域。交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，该方法具有频率围广、对体系扰动小的特点，是研究电极过程动力学、电极表面现象以及测定固体电解质电导率的重要工具．它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的颓率点的原始数据中，都包含了施加信号电压(或电流)对测得的信号电流(或电压)的相位移及阻抗的幅模值，从这些数据可以计算出电化学响应的实部与虚部．阻抗谱中涉及的参数有阻抗幅模(1zI)、阻抗实部(z7)、阻抗虚部(z”)、相位移(口)、频率(u)等变量，同时还可以计算出导纳(y)和电容(c)的实部与虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示，每一种方式都有其典型的特征，根据实验的需要和具体体系．可以选择不同的图谱形式进行数据解析.
1 交流阻抗技术的发展
随着电化学理论的不断完善与发展, 电化学方法也得到了相应的发展。在电化学测量中做出了重要贡献的是Stern 和他的同事。他们在1957 年提出了线性极化的重要概念, 虽然线性极化技术有着一定的局限性, 但在实验室和现场快速测定腐蚀速度时还是一种简单可行的方法。腐蚀工作者在随后的十余年中又做了许多工作, 完善和发展了极化电阻技术。电子技术的迅速发展促进了电化学测试仪器的发展, 现代电子技术的应用和用于暂态测量测试仪器的出现, 一些快速测量方法和暂态响应分析方法也得到了发展, 最典型的例子就是交流阻抗技术的发展。最初测量电化学电阻采用交流电桥和沙育方法等, 这些方法既费时间又较繁琐, 干扰影响也大。随着电子技术的发展, 锁相技术和相关技术的仪器( 如频率响应分析仪、锁相放大器等) 被用于交流阻抗测试, 它们的灵敏度高, 测试方便, 而且容易应用扫频信号实现频域阻抗图的自动测量。后来可以利用时频变换技术从暂态响应曲线得到电极系统的阻抗频谱, 从而实现了在线测量, 追踪电极表面状态的变化。最近一种利用震动探针电极测量局部电极阻抗的技术也得到开发。计算机技术引入电化学领域, 可以由计算机对电化学交流阻抗测量进行控制, 自动完成数据采集和数据分析。
2 交流阻抗的基本原理
在一个纯电容C 上加一个e= Esinwt 的正弦电压, 响应电流i = ( E / R ) sinwt , 由于i = C ( de/d t ) ; 因此, i = wCEcoswt 或i = ( E / XC ) sin ( wt +90b) , 其中XC= ( wc) 称为容抗, 相角为90b。对纯容抗用向量表示激励正弦电压与响应正弦电流的关系, 可写为E = - jXCIb , 或E = I bZ , 其中Z = - jX C= - j / ( wc) 称为阻抗。交流阻抗可以表示成复数平面的矢量或写成复数式Z = A + 。Z 可以由模| Z| 和相角h 来定义, 即Z= | Z| cos h + j | Z| sin h ,| Z| 表示它的幅值[ 1]。阻抗的矢量随角频率的变化而改变。串联电路, 总阻抗等于各个阻抗的复数和;更复杂的电路可以运用电阻规则合并阻抗来分析。在实际阻抗谱绘制中可用由阻抗矢量值和相角绘制的Nyquist 图和包含幅频特征曲线和相频特征曲线的Bode 图表示。由于电极过程可以用电阻R 和电容C 组成的电化学等效电路来表示, 因此, 交流阻抗技术的实质
就是研究RC 电路在交流电作用下的规律。讨论交流阻抗法应首先对电解池的等效电路进行分析。交流阻抗测试中电解池的基本等效电路[ 2] 见图1。
图1 交流阻抗测试中电解池的基本等效电路
图1 中A 和B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端, RA 和RB 表示电极本身的电阻, CAB表示两电极间的电容, R l 表示溶液电阻, C d 和Cdc分别表示研究电极和辅助电极的双电层电容, Zf 和Zfc分别表示研究电极和辅助电极的交流阻抗。图1中的等效电路是阻抗测量中最基本的等效电路形式, 在实际测量过程中根据实际测量条件的不同, 此等效电路往往进行
简化.
3研究金属的腐蚀行为和腐蚀机理
在腐蚀体系的阳极反应中, 极化电阻与腐蚀电流密度成反比, 因此, 通过测量电阻可以计算金属腐蚀电流密度的大小。界面电容的大小同金属的表面状态和溶液成分等因素有关, 在一定的体系中, 界面电容的变化反映了腐蚀金属表面状态的变化。所以通过交流阻抗法对电极表面界面电容的测量, 可以研究金属的腐蚀行为和电极表面状态的变化。周国定等人就用交流阻抗技术测量了铜电极在低电导率介质体系中的极化电阻和界面电容等信息, 研究了金属在低电导率介质体系中的腐蚀和缓蚀行为[ 3] 。Yin 和Kelsall 等人通过对惰性电极的抗- 时间图的分析, 得到了惰性电极表面的腐蚀行为和腐蚀机理, 并以此为依据建立了惰性电极腐蚀的数学模型。
4研究涂层的防护机理
涂层是防止金属腐蚀的一个主要防护手段, 不同的涂层其防护机理各不相同。由于用E IS 可以在很宽的频率围对涂层体系进行测量, 因而可以在不同的频率段分别得到涂层电容、微孔电阻以及涂层下基底腐蚀反应电阻、双电层电容等与涂层性能及涂层破坏过程有关的信息。同时, 由于该方法采用小振幅的正弦波扰动信号, 不会使涂层体系在测量过程中发生大的改变, 故可以对其进行反复多次的测量, 适用于研究涂层破坏的动力学过程。E IS 因此成为研究涂层性能与涂层破坏过程的一种主要的电化学方法广霞等人用交流阻抗法对医用316L不锈钢表层纳米TiO2 膜的破坏过程进行测试, 分析了TiO2 膜在NaCl 溶液中的耐腐蚀性能, 影响因素以及耐腐蚀机理[ 5] 。
5研究和评定缓蚀剂
缓蚀剂在金属表面形成吸附层, 阻止溶液中腐蚀性离子对金属的腐蚀和溶解作用。通过对缓蚀剂测试得到的交流阻抗谱分析, 可以得到不同频率围的极化电阻、双层电容、膜电阻、膜
电容、缓蚀效率、反应机理等大量信息, 实现对缓蚀剂的评价。王慧龙等人利用交流阻抗测试研究了HCl 介质中巯基三唑缓蚀吸附膜对碳钢的保护, 分析了预膜时间和金属表面状态等因素对缓蚀吸附膜保护时间的影响[ 6] 。Passiniemi 和Vakipaeta 利用交流阻抗法测试了聚苯胺的性质, 研究了它的缓蚀机理和缓蚀效果[ 7] 。
6研究金属的阳极钝化和孔蚀行为
金属进行阳极极化到比较高的电位时, 在金属表面会形成固相表面膜, 这就是阳极钝化膜。阳极钝化可以阻止金属的均匀腐蚀, 但钝化会使电位升高, 反而使金属发生孔蚀。通过电化学阻抗谱的测定, 可以获得金属表面钝化膜和孔蚀行为在动力学和机理上的大量信息, 从交流阻抗谱中可以清楚的反映出钝化、孔蚀和再钝化过程, 可以探测到孔蚀的产生和成长。Mart ini 和Muller 利用交流阻抗技术对铁在硼酸盐溶液中的阳极极化行为和成膜性质进行了研究, 分析了在此体系中极化电流等因素对钝化膜的影响, 并根据测量结果建立了铁在硼酸盐溶液中的钝化模型[ 8] 。红花等人应用交流阻抗技术研究了冷却水中316 不锈钢的阳极极化行为, 并根据测量结果建立了316 不锈钢在模拟冷却水中的钝化模型[ 9] 。
7交流阻抗实验技术应注意的问题
应用交流电技术时的一些共性问题以及应用交流阻抗技术本身影响试验的因素需要加以注意。
( 1) 激励信号的频率交流阻抗测量可以在超过7 个数量级的频率围进行, 常用的频率围是1MHz~ 10mHz。对于腐蚀体系来说, 常需要低频信息, 而低频阻抗的测量通常难度较大。高频的上限主要受恒电位仪相位移的限制。
( 2) 线性考虑到基元反应步骤的速率是指数性依赖于电位的, 电化学过程在本质上是非线性的,然而最充分发展的交流电理论全是线性理论, 这意味着要使用它们就要将激励信号幅值保持足够小,以使体系成为非常近似于线性。
( 3) 谬误的响应交流电技术易于因测量回路中的谬误效应而产生歪曲。在高频时恒电位仪易发生相位移, 接线之间出现杂散电容, 接线和电池部结构产生自感应。设计良好的电池可以在一定程度上减轻这些问题。由于交流阻抗激励信号较弱, 杂散电噪声或市电电源都会对实验产生干扰, 通常需要将电池和检测回路屏蔽起来, 以减少这种影响。
8在腐蚀科学应用上的优势
( 1) 交流阻抗法使用小幅度正弦波扰动信号对电极极化, 当频率足够高时, 每半周期所持续的时间很短, 不致引起严重的浓差极化及电极表面状态变化。
( 2) 使用小幅度正弦波扰动信号对电极极化时,在电极上交替出现阳极过程和阴极过程, 不会导致极化现象的累积性发展。
( 3) 使用小幅度正弦波扰动信号对电极极化, 不会造成测量过程中由欧姆降带来的麻烦。( 4) 在对涂层进行研究时, 其他电化学方法只能研究涂层的应用性能, 而交流阻抗法可对成膜过程进行研究, 获得成膜的动力学信息和界面结构信息。
( 5) 通常的电化学研究方法对于在低电导介质体系中的腐蚀及缓蚀剂的研究很不适用, 但交流阻抗法非常适用此体系下的研究, 可以通过交流阻抗谱分析得到不同频率围的极化电阻、双层电容、膜电阻、膜电容、缓蚀效率、反应机理等大量信息。
( 6) 交流阻抗法可用于测定某些体系难以用稳态技术测量的腐蚀速率等。
( 7) 传统的电化学测试方法只能研究整个过程的动力学行为, 但从交流阻抗法测得的EIS 图上可以非常容易的判断出总过程包含几个子过程动力学步骤以及这些步骤的动力学特征
参考文献
[ 1] 楚南, 鉴清1 电化学阻抗谱导论[M]1 科学, 20021 20- 24; 45- 75; 150- 1851
[ 2] 永辉1 电化学测试技术[M]11981197- 137; 180- 1821
[ 3] 周国定, 益奇, 等1 铜/ 低电导率介质体系的交流阻抗研究[ J]1 腐蚀与防护, 1991, 12(6) : 277- 2811 [ 5] Passiniemi P, Vakiparta K. Characterizat ion of polyanilineblends with AC impedance measurements [ J] . SyntheticMetals, 1995, 69: 237~ 238.
[ 6] 王新东, 武世民, 艳芳, 等. 用电化学交流阻抗法研究铝合金表面稀土转化膜[ J] . 科技大学学报,2001, 23( 4) : 320~ 323.
[ 7] 史美伦, 雄, 平江, 等. 胶凝材料的组成、力学性能与交流阻抗谱的关系[ J] . 硅酸盐通报, 1999, 4:
14~17.
[ 8] 王世忠, 江义, 雅虹, 等. La-( 0. 8) Sr-( 0. 2) MnO-3YSZ 高温电极交流阻抗研究[ J] . 电化学, 1998,
4( 3) :253~ 259.
理工大学研究生课程论文 题目电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用XX郝科 学号WP2015007 (材料保护研究所) 专业班级材研1510
电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应 用研究 摘要:交流阻抗技术(AC impedance) 又称为电化学阻抗谱( electrochemical impedance spectroscopy, 简称EIS) , 是一种以小振幅的正弦电位( 或电流) 为扰动信号的电化学测量方法。腐蚀科学是交流阻抗技术获得应用的一个重要领域。交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，该方法具有频率围广、对体系扰动小的特点，是研究电极过程动力学、电极表面现象以及测定固体电解质电导率的重要工具．它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的颓率点的原始数据中，都包含了施加信号电压(或电流)对测得的信号电流(或电压)的相位移及阻抗的幅模值，从这些数据可以计算出电化学响应的实部与虚部．阻抗谱中涉及的参数有阻抗幅模(1zI)、阻抗实部(z7)、阻抗虚部(z”)、相位移(口)、频率(u)等变量，同时还可以计算出导纳(y)和电容(c)的实部与虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示，每一种方式都有其典型的特征，根据实验的需要和具体体系．可以选择不同的图谱形式进行数据解析.
1 交流阻抗技术的发展 随着电化学理论的不断完善与发展, 电化学方法也得到了相应的发展。在电化学测量中做出了重要贡献的是Stern 和他的同事。他们在1957 年提出了线性极化的重要概念, 虽然线性极化技术有着一定的局限性, 但在实验室和现场快速测定腐蚀速度时还是一种简单可行的方法。腐蚀工作者在随后的十余年中又做了许多工作, 完善和发展了极化电阻技术。电子技术的迅速发展促进了电化学测试仪器的发展, 现代电子技术的应用和用于暂态测量测试仪器的出现, 一些快速测量方法和暂态响应分析方法也得到了发展, 最典型的例子就是交流阻抗技术的发展。最初测量电化学电阻采用交流电桥和沙育方法等, 这些方法既费时间又较繁琐, 干扰影响也大。随着电子技术的发展, 锁相技术和相关技术的仪器( 如频率响应分析仪、锁相放大器等) 被用于交流阻抗测试, 它们的灵敏度高, 测试方便, 而且容易应用扫频信号实现频域阻抗图的自动测量。后来可以利用时频变换技术从暂态响应曲线得到电极系统的阻抗频谱, 从而实现了在线测量, 追踪电极表面状态的变化。最近一种利用震动探针电极测量局部电极阻抗的技术也得到开发。计算机技术引入电化学领域, 可以由计算机对电化学交流阻抗测量进行控制, 自动完成数据采集和数据分析。
桥梁缆索腐蚀失效及防护技术研究进展 摘要：随着缆索桥的大量运用和发展，缆索桥以其美观、实用等优点在桥梁交 通中占据着重要地位。长期以来，人们桥梁在设计过程中尤其注重其安全度和受 压能力，但由于各种原因，桥梁缆索的抗腐蚀能力却不被重视。然而，桥梁跨越 江海而且长期承受重压，缆索暴露在空气中遭受风吹雨淋，面对着各种各样的腐 蚀威胁。这也正是桥梁缆索频繁更换以及桥梁倒塌的原因之一。因此，注重研究 桥梁缆索的防腐以及防护技术，是桥梁安全运行的重要和必须手段。 关键词：桥梁缆索；腐蚀失效；防护技术 引言： 桥梁缆索的腐蚀失效是现在面临的一个既定的难题，其腐蚀失效的原因也是 复杂多样的。本文将从桥梁缆索的制作和加工不足以及缆索腐蚀的原理和类型方 面探索桥梁缆索腐蚀失效的原因，并结合各方面的防护手段研讨桥梁缆索防护技 术的进展和趋势。 1 桥梁缆索腐蚀的类型 桥梁缆索中，其吊杆索、锚具结构等的腐蚀类型都是可以总结归纳的，并且 在一定程度上具有一定的特殊性。以下将具体分析桥梁缆索的各种腐蚀类型。 1.1 应力腐蚀 桥梁缆索建筑中使用的钢材对雨水等侵蚀物质缺乏抵抗力，尤其是在应力条 件下极其容易发生应力腐蚀。当然，由于桥梁缆索受压水平和现状不同，其承受 的腐蚀威胁当然也是有差异的。应力腐蚀属于电化学腐蚀，因此，在应力条件程 度越高的环境中，缆索所受到的腐蚀度也就越高。在研究中，我们也总结出了产 生应力腐蚀的影响因素——建筑所使用的物质本身具有应力条件、存在发生电解 质作用的环境和条件、所处环境中存在容易发生腐蚀的物质。 1.2 磨损腐蚀 桥梁缆索的各个部分都分布有很多钢绞线，这些钢绞线分布比较密集。在车 辆行驶在桥梁上时，会带动桥梁和缆索产生震动，同时，在震动过程中，钢绞线 之间会发生微小的摩擦。这种摩擦看似毫不起眼，但是在长期的摩擦后缆索表面 就会逐渐破损出现纹路，这些纹路更加速了磨损的可能。缆索表面的纹路更容易 给腐蚀物质产生化学反应创造条件，同时大大增加了纹路周围的腐蚀物质，导致 缆索在不停地摩擦中加速磨损和腐蚀。 1.3 坑蚀腐蚀 坑蚀腐蚀产生的条件也需要缆索材料处于应力条件下，但这种应力属于交变 应力，它根本区别于应力腐蚀。坑蚀腐蚀不需要缆索所使用的材料与腐蚀环境结合，因此这种腐蚀类型相对来说更容易发生。其产生的原理是，在日常的腐蚀中，钢绞线表面会不断产生坑蚀现象，同时在应力作用下就进一步加剧了腐蚀。 2 从桥梁缆索防护的不同角度探索其技术进展 现阶段，不同类型的桥梁所使用的缆索具有各种各样的结构和组成部分。根 据桥梁缆索用途的不同，具体可分为以下几种类型：悬索桥主缆、斜拉索、吊杆 索等等。同时，锚具结构也具有不同类型。以下将具体分析不同缆索类型的防护 技术进展。 图1 常用桥梁缆索类型及特点
腐蚀与防护学科的最新进展、发展趋势、应用前景 一、腐蚀与防护学科的内容与最新进展 随着社会的发展，三大公害（自然灾害、环境污染、腐蚀）之一的腐蚀越来越受到重视，腐蚀是悄悄自发的一种冶金的逆过程，发生在我们生产、生活和建设的各个环节。1999年开始的“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策”，历时3年。其结果表明：我国每年腐蚀总损失可达5000亿元以上。约占国民生产总值（GNP）的5%。应如同对待医学和环保一样重视腐蚀问题。 在近一个世纪的研究中，腐蚀与防护学科基本形成了自己的体系，材料的腐蚀控制，从材料的研发、材料的腐蚀性能评价、材料的选择与设计、先进涂层的选用、阴极保护技术以及腐蚀的理论体系等方面开展了大量的工作，积累了丰富的经验。目前，腐蚀科学与技术研究开发的新前沿扩展到从纳米技术到宏观材料的腐蚀科学与工程。 大气腐蚀、石油天然气化工工业腐蚀、有色金属与合金腐蚀、涂层和表面修饰、不锈钢的腐蚀与金属钝化、阴极保护等腐蚀问题继续受到关注和重视。尤以大气腐蚀、涂层和表面修饰及不锈钢的腐蚀与钝化研究及其在各行业的应用表现最为活跃。 1、在大气腐蚀方面 从不同角度致力于耐蚀材料和材料耐蚀性的研究。各国学者普遍关注的问题是：耐候钢锈层组分分析和结构解析；合金元素在锈层中的作用和存在状态；应用X射线同步辐射技术分析锈层超细颗粒的组成和纳米结构；使用ACM传感器监测耐候钢的大气腐蚀；带锈电极的极化行为和阻抗性质等。在日本，由于具有岛国气候以及步入人口老龄化社会和劳动力短缺的特点，开发具有免涂装和免维护功能的耐海岸大气腐蚀的耐候钢是其今后发展结构材料的战略选择，因此，耐候钢大气腐蚀的研究在日本十分活跃。 目前，为了降低耐候钢的生产成本，寻找价格较低的合金元素也正在成为研究热点，铝和硅是最有希望和前途成为向耐候钢中添加的合金元素之一。 同时，耐候钢的研究进展都与新的电子技术和表面测试技术紧密联系在一起，如X射线衍射、电子探针、扫描电镜、透射电镜、电子能谱、红外光谱、交流阻抗技术等的相关技术。例如，利用电化学阻抗遥感测试技术，实现了在实验室内直接监控测量数十乃至数百公里外的暴露现场的锈层阻抗的即时变化和对总的润湿时间的统计。 2、在涂层和表面修饰方面， 研究者普遍采用了一种干湿交替的循环腐蚀方法来模拟金属及其合金以及各种其它涂层的大气腐蚀过程，并应用电化学方法和各种表面分析技术研究了各种涂层的抗腐蚀性能和机理。热喷涂特别是电弧喷涂长效防腐蚀，会减少钢结构在服役期间的维护费用，延长钢结构的使用寿命，是钢结构长效防腐蚀的必然趋势。研究开发新的热喷涂防腐蚀材料和相关的涂层封闭体系,深入研究涂层在相应腐蚀体系下的耐蚀机理,完善相关的技术标准,推动该项技术大面积应
铜及铜合金的腐蚀研究进展 摘要：铜及铜合金具有优异的强度、机械加工性能、导电性、可焊接性及耐腐蚀性等特点，长期以来在工业、军事及民用等各个领域均得到了广泛的应用，却有着腐蚀问题的困扰。在不同的环境和条件下，铜及铜合金有着不同的腐蚀过程和腐蚀机理。按照其使用地点和腐蚀介质可分为大气腐蚀、水中腐蚀、土壤腐蚀和微生物腐蚀。 关键词：铜及铜合金大气腐蚀水中腐蚀土壤腐蚀微生物腐蚀 1 引言 在有色金属的生产中，铜的产量仅次于铝，居第二位。由于其具有优异的强度、机械加工性能、导电性、可焊接性及耐腐蚀性等特点，长期以来在工业、军事及民用等各个领域均得到了广泛的应用。资料表明：目前仅海洋工业一项，每年就消耗铜及其合金10吨以上，随着电力工业的发展和火力发电的大规模建设，铜合金在各领域应用越来越广泛[1]。 通常情况下，铜没有腐蚀的倾向在电化学顺序中，铜具有比氢更高的正电位(+0.35 V SHE )，故铜有较高的热力学稳定性，不会发生氢的去极化作用，被列为耐腐蚀金属之一。但是在湿度较高、腐蚀性介质(如含SO2的空气、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN -、NH4+等能与铜形成络合离子的液体中)，铜则发生较为严重的腐蚀[2]。铜合金表现出比纯铜更高的耐腐蚀性，如，黄铜(Cu - Zn合金)耐冲击腐蚀性好；铜镍合金具有耐酸耐碱、耐海水的性能以及抗应力腐蚀开裂的特性；锡青铜合金可耐各种腐蚀；硅青铜合金机械强度高、耐应力腐蚀开裂性能好。 铜及铜合金的长期使用时其腐蚀问题也必须考虑，否则将会给我们的生产和生活带来危害。另外，由于铜及其合金具有美观的色泽，所以其广泛地用于电子材料、建筑材料、包装材料、仿金材料、仿古饰品、仿古工艺品、铜字、铜标牌、铜币和大型雕塑等，随着使用时间的推移，铜及其合金制品长期暴露在空气中表面将会受到不同程度的腐蚀和变色而影响其使用，一旦氧化腐蚀性产物出现必将产生接触性或传输性或传导性故障[3]。 但铜及其合金暴露于大气气氛下，其表面很容易产生棕红铜色或棕绿色或蓝绿色的氧化腐蚀变色，俗称铜绿(铜绿有复杂的化学组成，其中一些成分不具有降低腐蚀的作用，还有一些成分是偶尔才可在铜绿中观察到)属于绝缘性质的物质，也是热的不良导体。铜及其合金表面在工业化应用中要求必须保证和保持其固有的特性和特征，如在电接触表面、传输线
电化学在金属腐蚀防护方面的应用 王怡然 2012级材料化学一班 20120548 摘要：现代化工生产中用到的设备和机器在使用中都会发生电化学腐蚀，金属电化学腐蚀的破坏形式有全面腐蚀和局部腐蚀，地下金属管道的电化学腐蚀可分为析氢腐蚀与吸氧腐蚀两种情况，现在常用的金属防腐方法有很多，例如表面覆盖层保护、电化学保护、缓蚀剂保护等方法，金属管道防护的常用方法就是阴极保护法，它分为牺牲阳极法和外加电流阴极保护法。 关键词：电化学腐蚀金属阴极防护法 1.电化学腐蚀原理 金属接地极和周围的气体或液体等介质接触时，所发生的化学破坏过程称为金属接地极的腐蚀，其腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，较活泼的金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，金属最常见的腐蚀形式就是电化学腐蚀。 电化学腐蚀虽然氧化过程和还原过程是必须同时进行的，但氧化剂的粒子不必直接同被氧化的那个金属原子碰撞，而可以在金属表面上的其他部分得到电子（如图所示）。这就是说，在电化学腐蚀过程中，整个腐蚀反应分成两个既是互 相联系又是相对独立的半反应分别同时进行的。 电化学腐蚀电池一旦形成，阳极金属表面因不断地失去电子，发生氧化反应，使金属原子转化为正离子，形成以氢氧化物为主的化合物，也就是说阳极遭到了腐蚀; 而阴极金属则相反，它不断地从阳极处得到电子，其表面因聚集了电子，金属表面发生还原反应，没有腐蚀现象发生。电化学腐蚀程度与阴极和阳极间的电位差、接地极截面积有关。 2.电化学防腐形式
电化学保护就是利用金属的腐蚀电化学特性保护金属的方法。它分为阴极保护和阳极保护两类。通过降低金属电位而达到保护目的的，称为阴极保护，根据保护电流的来源，阴极保护分为牺牲阳极和外加电流保护。牺牲阳极法是依靠电位负于保护对象的金属自身消耗来提供保护电流，保护对象直接与牺牲阳极连接，在电解质环境中构成保护电流回路。外加电流保护是由外部直流电源提供保护电流，电源的负极连接保护对象，正极连接辅助阳极，通过电解质环境构成电流回路。而阳极保护则是在可以阳极钝化的体系中, 把金属维持在阳极钝化的电位区间内, 使金属表面形成保护膜, 从而降低了金属的腐蚀。 3.电化学腐蚀防护的应用 3.1硬质合金的电化学腐蚀 在实验室中主要采用浸出法和电化学测试方法对硬质合金的电化学腐蚀性能进行研究。电化学方法主要通过动电位扫描得到硬质合金试样的极化曲线，从而得到腐蚀电位、腐蚀电流密度、临界电流密度、钝化区间最小电流密度等参数来评价硬质合金的腐蚀性能。腐蚀电位反应的是腐蚀的热力学趋势，腐蚀电位越负，试样越容易被腐蚀；与电流密度相关的参数反映的是腐蚀过程的动力学特征，一般而言，阳极极化电流密度越大，腐蚀速率越快。 3.2 炼油厂的电化学腐蚀 电化学腐蚀同样存在于炼油厂各套装置的低温部位，由于炼油工艺的特殊性、原油的劣质化，造成炼油厂电化学腐蚀腐蚀介质复杂多变，这给炼油厂电化学腐蚀防护带来困难。炼油厂电化学腐蚀的防护措施主要包括原料控制、工艺防腐、涂层防护等。其中阴极防护是炼油厂常用的电化学防护措施。按照防护手段可以分为牺牲阳极保护法和强制电流阴极保护法。阴极保护的方案需要根据介质和设备特点制定。在炼油厂电化学腐蚀环境中阴极保护主要应用于大型油罐的内外防腐、热交换器的水冷器的防护等。 3.3表面纳米化对金属防护的作用 根据材料的电化学腐蚀行为特征, 可将金属材料分为在腐蚀介质中发生活性溶解的活性金属材料和表面可形成保护膜的钝性金属材料，对上述两种材料，利用电化学测试技术和表面分析技术, 分别探讨了表面纳米化对材料在酸性介质中电化学腐蚀行为的影响。发现表面纳米化增加了材料表面活性，使活性金属材料溶解速度提高，使钝性金属材料表面更易形成钝化膜，因此可以用表面纳米化对某些金属进行防腐。 3.4 海水管路中的电化学腐蚀
金属腐蚀与防护问题的若干探讨 摘要：化工生产过程中，金属腐蚀现象时常发生，这不仅会对金属器件本身 造成伤害，也不利于金属设备使用寿命的维持。据有关数据显示，多数发达国家 由于金属腐蚀，每年会造成3%~4%的经济损失。由此可见，金属腐蚀对社会经济 发展也产生了重要影响。基于此，开展金属腐蚀防护工作势在必行。基于此，本 文将对金属腐蚀与防护问题进行分析。 关键词：金属腐蚀；金属防护；问题研究 1 腐蚀的主要形式与原因 电化学腐蚀作为最为常见的一种金属腐蚀方式，主要诱导原因是金属在环境 中接触了电解质溶液，从而形成了自然环境下的原电池。由被腐蚀的金属作为阳极，氧通常作为阴极，由于氧的电极电位总是高于金属电极，所以金属通常作为 阳极失去电子导致金属表面的相应的成分被氧化，相应的金属电极就被消耗损失。在金属身处于不同的环境中，电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种。如果 金属处于酸性介质中，发生析氢腐蚀反应，此时金属在发生反应后就会释放出氢气。而吸氧腐蚀反应是金属在空气中最为常见的一种腐蚀形式，在酸性、碱性、 中性条件下均可发生，此反应需要吸收氧气，所以称为吸氧反应。以最为常见的 金属铁的腐蚀为例，钢铁产品中通常含有碳元素，当其处于潮湿的空气中时，水 蒸气能够被吸收在钢铁的表面形成一层水薄膜，此时二氧化碳将会溶解在这层水 膜上，变成电解质溶液，增加水中的氢离子，发生析氢腐蚀反应。当铁表面潮湿 或接触带有水分的空气时，铁就会被空气中的氧气腐蚀，导致其生锈，发生吸氧 腐蚀反应。这两种电化学反应是目前金属腐蚀的主要成因，当金属处于相应的环 境中就会被腐蚀，需要寻找正确的途径解决金属的腐蚀问题。 另外一个金属腐蚀的方法就是化学腐蚀。化学腐蚀在日常生活中较少一些， 当金属材料在干燥空气或者非电解质溶液中进行纯粹的化学反应，而所产生的侵 蚀就称为化学腐蚀。其基本原理是在金属的表面的原子与一定条件下的氧化物之
埋地管道腐蚀机理及防腐新技术的研究探讨 摘要：本文从长输管道外腐蚀控制所需考虑的因素出发，通过对金属管道的腐蚀机理分析及对管道周围环境腐蚀性的检测，了解腐蚀发生的原因，提出有效的防护措施。 关键词：埋地管道；腐蚀；防护；检测；剩余寿命 1、前言 随着国民经济的发展，采用管道输油输气的优点日益突显出来。输油管道基本上都采用碳素钢无缝钢管、直缝电阻焊钢管和螺旋焊缝钢管。埋地输油输气管道，当金属管道和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起其表面锈蚀。因此，了解腐蚀发生的原因，采取有效的防护措施，有着十分重大的意义。 2、埋地管线的腐蚀环境及金属腐蚀机理 材料与其所处环境介质之间发生化学的、电化学的或物理的作用而引起的材料破坏和变质称为腐蚀。 2.1埋地管线腐蚀环境。土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为空气和水所充满，水中含有一定的盐使土壤具有离子导电性；土壤物理化学性质的不均匀性和金属材质的电化学不均匀性，构成了埋地管道的电化学腐蚀条件，从而产生土壤腐蚀。 (1)土壤复杂环境破坏金属表面的保护膜，微生物侵蚀及植物根系对涂层的穿透。 (2)土壤中扩散速率不同的氧气在金属表面形成的大电池腐蚀。 (3)腐蚀产生的沉淀物进一步加速金属腐蚀的速度。 (4)金属自身杂质成分而形成微电池腐蚀。 上述过程相互交融，或随着环境和生物的不同单独或同时对管道破坏在一些缺氧的土壤中有细菌（硫酸盐还原菌）参加了腐蚀过程，细菌的作用是参加电极反应将可溶硫酸盐转化为硫化氢与铁作用，产生细菌腐蚀。 2.2、腐蚀机理。金属的腐蚀是指金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解作用而产生的破坏或变质。
海洋腐蚀与防护技术研究 海洋环境中是金属材料的最大敌人之一。腐蚀问题是海洋工程设计和维护中不容忽视的问题。海洋腐蚀严重影响工程的寿命和安全性。为了保护海洋工程设备不被腐蚀损坏，必须在设计中以及维护中使用先进的防护措施和技术。本文将介绍海洋腐蚀及防护技术的研究现状和应用现状。 一、海洋腐蚀机理 以钢结构为例，海洋环境中的腐蚀可以分为电化学和化学腐蚀两类。电化学腐蚀包括点蚀、流蚀、应力腐蚀开裂（SCC）等。例子如下： 1. 点蚀：钢结构表面局部出现的钝化现象，形成点蚀。 2. 流蚀：海流可以加剧金属表面的侵蚀。 3. 应力腐蚀开裂：由于应力作用，在一定介质条件下，金属材料发生开裂和腐蚀现象。
化学腐蚀包括海水对钢材的流失、蚀刻、酸化等等。而海水腐 蚀中最具有代表性的是在电池原理作用下的钝化腐蚀。海洋里五 大阳离子分别是氢离子（H+）、钠离子（Na+）、镁离子 （Mg2+）、钾离子（K+）以及钙离子（Ca2+）。钙离子、镁离 子等离子体对海洋腐蚀起着相当重要的作用，不同离子的组合可 以提高或降低腐蚀速率。海水离子组成方面，北极海洋离子组成 以氯化钠、镁离子、钙离子、硫酸根离子、碳酸根离子为主确定。 二、海洋腐蚀对海洋工程设备的影响 海洋腐蚀削弱了海洋工程设备的耐用性和安全性。如何限制海 洋工程设备的腐蚀损害，也是海洋工程技术研究的重要领域。海 洋腐蚀对海洋工程设备的影响包括以下几个方面： 1. 降低强度：钢结构被海洋腐蚀后，会逐渐失去其原有的耐用 性能，强度逐渐降低，导致海洋工程设备的寿命变短。 2. 导致漏洞：腐蚀面积加大导致钢结构出现缺损等漏洞，还会 加大应力集中程度，影响海洋工程设备的安全性。
盐渍土地区混凝土基础的腐蚀及防护技术分析 盐渍土地区的混凝土基础在长期的环境中容易遭受腐蚀，这会导致基础的损坏，进而影响建筑物的稳定性和安全性。因此，需要采取防护措施来延长基础的使用寿命。 首先要了解的是，盐渍土是指含盐量较高的土壤。在这种环境下，海水或者雨水带着溶解的盐分进入土壤，随着水分蒸发，盐分会逐渐聚集在土壤表层，形成盐卤。盐卤的存在会对混凝土基础产生腐蚀作用。 混凝土基础的腐蚀通常表现为钢筋的锈蚀。盐渍土中的盐分会引起钢筋表面的氧化和脱落，导致钢筋很快失去其原来的强度和刚度。因此，钢筋的腐蚀状况直接影响基础的承载能力和使用寿命。 针对上述问题，以下是几种常见的混凝土基础腐蚀防护技术： 1. 使用耐盐腐蚀的建筑材料 选择能够抵御盐渍土腐蚀的建筑材料，可大大延长基础的使用寿命。例如，使用钛合金替代普通钢筋，可以有效地增强钢筋的耐腐蚀性能；又如，在建设混凝土基础时，可采用石英砂、玻璃制品、糖蜜和纯碱等材料替代盐分较高的建筑原材料。这样有利于减少盐渍土中的盐分对混凝土的腐蚀作用。 2. 表面防护技术 施工过程中，可对混凝土基础进行表面抛光或者清理，以消除表面空隙和孔隙，减少腐蚀因子的侵入。此外，在混凝土表面涂覆一层防护材料，可以有效地遮盖混凝土表面，削减盐卤的侵蚀作用。 在混凝土基础的表面周围安装电极，并且在电极基础上通过电流进行充电反应。通过这种方式，可以让钢筋表面形成一层保护膜，降低氧气和盐分的影响。同时，电化学处理也有利于修复已经发生腐蚀的混凝土钢筋。 4. 密封封闭技术 在混凝土基础成型之后，也可以通过对基础进行密封封闭的方式防止钢筋的腐蚀。在基础的表面打凿一层低深的沟槽，然后在沟槽内注入专门的密封剂，形成防护层。这种方法可以有效地降低盐卤的渗透，并为钢筋表面提供长效的保护。 综上所述，盐渍土地区混凝土基础腐蚀防护技术，可以从选择耐盐腐蚀材料、表面防护技术、电化学防护技术和密封封闭技术四个方面入手。这些措施可以有效地保护混凝土基础，延长基础的使用寿命，提高建筑物的稳定性和安全性。
基于水质模型的城市供水管网腐蚀分析 及防护研究 摘要：本论文旨在通过基于水质模型的方法，对城市供水管网腐蚀问题进行深入研究，并探讨有效的防护策略。通过建立水质模型，分析管网中的腐蚀现象及其影响因素，提出相应的防护措施，以保障供水系统的可靠性和持续运行。 关键词：水质模型，城市供水，腐蚀分析，防护策略，管网可靠性 引言： 城市供水管网作为城市基础设施的重要组成部分，其安全可靠运行对保障居民生活和城市发展至关重要。然而，供水管网腐蚀问题长期以来一直是影响供水系统运行的主要挑战之一。腐蚀不仅会导致管网结构的损坏，还会对供水水质产生不利影响，可能危及公众健康。因此，开展基于水质模型的城市供水管网腐蚀分析及防护研究具有重要的理论和实际意义。 1. 水质模型在城市供水管网腐蚀分析中的应用 1.1 水质模型的基本原理与构建方法 水质模型作为一种重要的分析工具，在城市供水管网腐蚀分析中发挥着关键作用。其基本原理是通过数学方程描述水流和物质传输过程，以模拟供水系统中的水质变化。模型的构建通常包括建立管网拓扑结构、设置水质参数、制定数值解法等步骤。（1）通过获取供水管网的几何信息和水力参数，可以建立管道、阀门、泵站等要素的拓扑结构，形成供水系统的网络模型。[1]（2）设置水质参数如浓度、pH值、温度等，以描述水体中不同物质的分布。最后，选择适当的数值解法，如有限元法、差分法等，对模型进行求解，得到水质变化的模拟结果。通过基本原理与构建方法的综合运用，水质模型可以为城市供水管网腐蚀分析提供准确的数值模拟和预测。
1.2 水质模型在管网腐蚀分析中的适用性和局限性 水质模型在管网腐蚀分析中具有广泛的适用性，可以模拟不同水质参数下的 水流分布和物质传输过程。通过模型，可以研究不同水源水质对供水管网腐蚀的 影响，预测管道内腐蚀产物的生成情况等。然而，水质模型在应用中也存在一些 局限性。（1）模型的建立需要大量的实验数据和参数，对于某些复杂的水质反 应机制难以准确描述。（2）模型的精度和可靠性受到边界条件和初始条件的影响，对于模型输入数据的准确性要求较高。（3）模型的计算量较大，需要充分 考虑计算资源和时间成本。 1.3 水质模型对管网腐蚀影响因素的识别与分析 （1）模型可以模拟不同水质参数的变化对管网内水流速度和分布的影响。 通过分析水流速度的分布情况，可以确定管道中是否存在积水点，进而评估腐蚀 的发生概率。（2）模型可以模拟水体中溶解氧、酸度等参数的分布，揭示了不 同水质条件下腐蚀反应的可能性。[2]通过模拟不同水质条件下的腐蚀速率变化， 可以为腐蚀防护策略的制定提供依据。（3）模型还可以分析管道内的流态和沉 积物分布，评估流态对腐蚀的影响以及沉积物对管道内表面的保护作用。通过水 质模型对腐蚀影响因素的识别与分析，可以为供水管网的腐蚀防护提供科学依据。 2. 城市供水管网腐蚀问题的诊断与评估 2.1 腐蚀类型与发展特点的分析 城市供水管网腐蚀问题是一个复杂的系统工程，涉及不同类型的腐蚀形式以 及其发展特点。（1）腐蚀可以分为电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀等多种 类型。电化学腐蚀是一种常见的腐蚀形式，涉及金属表面的电子传递和离子迁移 过程。化学腐蚀是由于水中溶解的酸、碱等物质与管道材料发生化学反应而引起 的腐蚀。微生物腐蚀则是微生物在水中繁殖产生的代谢产物对管道表面的腐蚀作用。（2）腐蚀发展具有一定的特点，如初期腐蚀速率较快，后期逐渐减缓；腐 蚀多发生在管道内壁的薄弱区域，如焊缝、弯头等位置。通过对腐蚀类型和发展 特点的分析，可以更好地了解管网腐蚀的本质和规律，为腐蚀问题的诊断与评估 提供基础。
城市轨道交通工程杂散电流腐蚀防护研 究 摘要：近年来,地铁辐射电流腐蚀干扰的影响引起了石油天然气行业管道工人的极大关注。在地铁周围的地下钢管中,由于散射电流的干扰,甚至是穿孔腐蚀的泄漏,墙壁不断被挤出。近年来,地铁电流隐患已成为我国能源安全领域需要深入研究和克服的技术难点和热点之一。但不幸的是,油气管道和地铁属于能源和运输行业,因此从管理的角度来看,跨部门的联合研究非常困难。大多数石油和天然气管道工作人员只能在管道一侧单方面研究地下管道的干扰规律、影响程度和缓解措施。 关键词：城市轨道交通工程；杂散电流；腐蚀防护； 引言 目前,我国绝大多数城市轨道交通牵引供电系统项目采用直流供电系统,接触网(指空中接触网或接触轨,下同)提供供电,运行轨道回流模式。接触网将电气段安装在停车场(指停车场或停车场,下同)和直线之间,停车场供电段之间,停车库入口线路,电气段采用隔离隔离器类型。安装在园区与园区主线和供电区之间的电气部分由电气隔离器连接,而进入园区仓库线路的接触网的电气部分由手动隔离器与接地刀连接。 1杂散电流腐蚀形态 交流杂散电流腐蚀产物一般为黑色硬痂，其主要成为Fe3O4或者夹杂Na+、Ca2+的化合物，去除腐蚀产物后管体多呈圆形、蚀坑，壁面光滑，一般为单点或多个腐蚀坑。直流杂散电流腐蚀一般腐蚀产物较少，无硬痂，多为黑色或混合黄褐色，主要成分为Fe3O4或Fe3O4与Fe2O3的混合物，去除腐蚀产物后多呈圆形蚀坑，壁面光滑，动态直流杂散电流腐蚀一般为多个腐蚀坑，而静态直流杂散电流干扰一般为独立分布的单个腐蚀坑。
2地铁杂散电流的产生及危害 在城市轨道交通项目中,牵引供电系统通常采用直流系统,即牵引整流装置向接触网提供直流恒流电源,列车通过接触网接收电流,电流通过轨道返回牵引整流装置的负极。然而,由于采用绝缘轨道装置进行轨道流动,受工作环境等因素的影响,轨道的绝缘度将随着使用时间的推移而逐渐降低,因此,任何使用轨道轨道的轨道流动都不是完全由轨道轨道流动,而是部分由轨道流向地面的,这种电流称为噪声电流,如果城市轨道轨道不绝缘,噪声电流将导致地铁自身混凝土结构的腐蚀渗透,铁路轨道及其附件,地下金属管道周围的主要结构。此外,散射电流还可能导致地铁车厢与站台之间的电位差异,使人们在起降时有触电的危险。地下金属管道对直流差压电流的腐蚀特性如下。(1)腐蚀强度大,危险性大。地下金属燃气管道的自然腐蚀大多为原电池型,驱动器的电位差仅为几百毫伏,腐蚀电流仅为几十毫安;当离散电流干扰腐蚀时,这是电解电池的原理,电位可以达到几伏,最大电流可以达到100A。1A直流电流通过钢管表面进入土壤溶液1年可溶解约9.1kg 铁;50A 反向电流变为噪音,导致相当于 9.1m 长度(50 kg/m)的钢轨腐蚀。由此可见,由直流差动电流作用引起的腐蚀比由其他原因引起的腐蚀严重得多。(2)范围广,随机性高。延伸电流阻碍腐蚀,特别是城市轨道交通的散射电流影响几乎整个城市区域的地下金属网络;钢轨和地面的绝缘电阻,管道防腐层的电阻,土壤电阻系数,电流尺寸等。一切都是变化的,所以散射电流的方向也是随机的,给保护带来了一定的困难。 3治理杂散电流泄漏的改进措施 3.1地铁检修基地 维修基地与直轨之间隔离节点两侧单向通道的设计是维修基地附近管道电流干扰的主要原因。当直接铁路的地面轨道电位负偏移时,绝缘节点两侧的单向装置处于恒定的电气状态。维修基地位于电位孔的低点,基地吸收大量散射电流从附近的金属结构回直轨,管道有腐蚀的危险。因此,优化单向设计作为地铁维修站出入口的智能设计,可以大大减少干扰时间。有效地控制维修基地的散射电流水平,效果明显。据悉,单向制导装置向智能制导装置的转换是上海地铁十四五期间降低散电隐患的重要举措。
含CO2成分的介质对设备腐蚀的研究 摘要：在油气田集输工艺流程中。操作介质往往含有CO2成分，CO2腐蚀现象尤为严重。本文就油气田集输过程中含CO2成分的介质对设备的腐蚀及防护问题进行分析。 关键词：CO2的腐蚀机理、影响CO2腐蚀的因素、腐蚀问题的方法 1.前言 在一些油气田集输工艺流程中，操作介质往往含有CO2成分，而在整个工艺过程中又不能够完全脱掉介质中水分和CO2。因此在设备设计中需要考虑CO2腐蚀问题，CO2在有水分的情况下，除了具有弱酸腐蚀外，还可能对设备产生点蚀。在以前的设计中对CO2引起的腐蚀过程注意较少，随着CO2引起的腐蚀事故增多，以及油气井出水量的增多，由CO2引起的局部腐蚀越来越成为急需解决的问题，怎么解决这些问题，除在集输系统中采取措施：如在介质中加缓蚀剂等。表现在设备方面主要有：设备制造材料的选择、合理的内部结构、合理的内部结构、内表面防腐、设备的腐蚀余量的选取以及设备在设计、制造、生产中的特殊技术要求等方面。 2.CO2的腐蚀机理 钢铁在除O2水中CO2腐蚀机理，其阳极反应主要是Fe的溶解，可简写为： Fe Fe2+ + 2e （1） 对阴极过程观点不一，一般占主导的观点认为，在环境温度下，裸钢在水中的腐蚀是受氢析出动力学控制的，而阴极析氢机理除了一般的电化学还原H3O+离子放电反应析氢外： H3O+ + e H + H2O （2） 还可以通过下述表面吸附催化作用，H+的还原反应进行： CO2 + H2O =H2CO3 （3） H2CO3 + e =H+ + HCO3_ （4） HCO3- +H30+ =H2CO3 + H2O （5） 然而实际中，钢铁表面总是被某些物质覆盖着，如扎皮、氧化膜或介质中的腐蚀产物膜等，这些覆盖物使析氢反应不是在裸钢表面进行，而是在膜或覆盖物上进行，这就影响了CO2的腐蚀性特性。
冷喷涂技术的研究现状及在航空工业领域内的应用 摘要：冷气动力学喷涂法，简称冷喷涂，是近几年发展起来的新型、先进的表 面涂层技术。热喷涂一般以等离子体、电弧、火焰等为热源，将粉末加热到熔化 或半熔化状态，然后喷涂到基体上，这种高温有可能造成喷涂颗粒的氧化、毁伤、相变、蒸发、熔解或晶粒长大。作为一种先进表面工程及加工工艺，冷喷涂技术 在航空工业领域内有着广阔的应用空间。它可以用来制备航空发动机涂层及航空 武器的功能涂层，对受损的航空器部件进行修复，或者直接通过喷涂成形技术制 造航空器部件。基于此，本文主要对冷喷涂技术的研究现状及在航空工业领域内 的应用进行分析探讨。 关键词：冷喷涂技术；研究现状；航空工业领域；应用 1、冷喷涂技术的喷涂原理 冷喷涂是基于空气动力学原理的一种喷涂技术，冷喷涂原理图如图1所示。 冷喷涂主要由高压气体缩放管、送粉器、气体加热器、喷枪(是利用拉瓦尔喷嘴原理设计的)等组成。高压气体经过一定温度的预热，携带粉末颗粒轴向送入气流中，与加热器加热的气体在缩放喷管(Lavalnozzle)相遇产生超音速两相流，粉末颗粒以 固体状态高速撞击基体，通过剧烈的强塑性变形而沉积于基体表面形成涂层。 图1 冷喷涂原理示意图 2、冷喷涂涂层应用现状 冷喷涂技术的应用研究在国外已经取得了很大的进展，我国冷喷涂技术研究 还处在初级起步阶段。由于冷喷涂过程中粒子温度较低，粉末不易发生氧化相变 现象，形成涂层的组织结构与喷涂前粉末相比基本上无变化，因此冷喷涂中可使 用各种粉末，如纯金属粉末、合金粉末、复合涂层，可以产生不同性能的涂层。 目前可以沉积的金属有Al、Zn、Cu、Ti、Ag等，高熔点金属Mo、Ta等，合金有NiCr、MCrAlY等，复合涂层有Zn-Al、Al-Al2O3等[24]。冷喷涂技术避免了高温对 基体和涂层的不利影响，使该技术已经广泛应用于各个领域。冷喷涂技术的设计 与研究正向工业化应用的方向转化，利用冷喷涂技术可制备保护性涂层(耐腐蚀涂层、耐高温涂层、耐磨涂层等)。研究者采用冷喷涂工艺在Q235钢基体上制备铝 涂层，形成的铝涂层表面非常致密，孔隙率较低，交流阻抗谱和动电位极化曲线 分析表明，铝涂层的腐蚀产物较致密的积聚在涂层表面，阻碍了腐蚀介质的扩散，对降低涂层的腐蚀速度发挥很有效的作用;中性盐雾试验表明，冷喷涂涂层的腐蚀 速度能够快速降低，可为钢基体提供有效的阴极保护。 研究还表明，疏松多孔的粉末适合于冷喷涂制备WC-Co涂层，因为疏松多孔 的结构促进了粉末拟变形的发生。观察热处理后的WC-Co涂层断面形貌，压痕周围未出现塌陷现象，也未出现裂纹，说明热处理过程可以显著改善涂层粒子间的 结合和涂层韧性。在航空航天领域该技术也得到广泛的应用，利用冷喷涂技术来 制备航空航天器发动机特殊保护涂层，制备航空航天武器的特殊功能涂层，通过 喷涂成形可以直接制造复杂结构及形状的航空航天部件。 3、冷喷涂技术在航空工业领域的应用 冷喷涂技术是近年来发展起来的新型喷涂技术，与传统的热喷涂技术不同， 该技术是在远低于喷涂材料熔点的低温下，通过高速固体粒子与基体碰撞后产生 强烈的塑性变形而实现沉积。它具有避免喷涂材料在喷涂过程中氧化、不发生相变、对喷涂粒子和基体热影响小、可以保持喷涂粒子的各种微观组织和特征等优
不同含水率土壤环境对X80管线钢腐蚀影响研究 许延军 【摘要】为分析X80管线钢在真实土壤环境下的腐蚀特征,以西气东输管线穿越区现场不同土壤环境为基础,配置模拟溶液浸泡X80钢样本,测定不同含水率情况下的样片交流阻抗谱,得到极化电阻、双层电容、膜电阻、膜电容等信息,分析不同实验模拟参数下的Tafel常数、腐蚀电流密度,并通过实验数据得出腐蚀速率规律.实验研究表明:不同土壤含水率对土壤环境影响巨大,改变其离子活跃程度、土壤透气性等机理,对腐蚀行为造成交互作用;含水率对金属腐蚀影响程度较大,而中等含水率(50％～65％)环境下腐蚀程度最为剧烈,大量OH-与Fe2+会在电极表面形成吸附双电层,导致较大感抗弧效应. 【期刊名称】《油气田地面工程》 【年(卷),期】2019(038)006 【总页数】6页(P80-85) 【关键词】X80钢;土壤环境;腐蚀速率;含水率;实验 【作者】许延军 【作者单位】延长油田股份有限公司 【正文语种】中文 随着我国石油天然气工业的不断发展，X80级管线钢被大量使用，其中管网大多采用埋地敷设，腐蚀情况复杂，诱发性因素众多。管道腐蚀分析对保障油气输送的
安全具有重要的作用，国内外对于管道腐蚀及防护已开展了大量的研究工作。黄峰等[1]将X80钢通过空冷、水淬两种方式热处理后与供货状态对比研究，认为X80钢的耐蚀性会由于热处理作用而降低。刘君臣[2]、戚东涛等[3]、魏巍等[4]、田源等[5]分别测试了X80管线钢在水饱和土壤、水饱和碱性沙土、西南地区水饱和土壤以及酸性土壤中的电化学腐蚀行为，测试了腐蚀速率、分析了腐蚀电化学特征，并阐明了极化电阻、腐蚀速率等电化学影响规律。李佳宁等[6]针对X80钢在库尔勒土壤体系中的保护问题，通过极化曲线和电化学阻抗技术，确定了最佳的阴极保护电位。程雅雯等[7]针对原油含水率和温度对X80钢腐蚀的影响，分析腐蚀产物膜的结构形态与成分，确定了腐蚀速率变化特征。综上所述，对于X80管线钢腐蚀研究，近年来诸多学者开展了大量工作，大多集中在电化学腐蚀及防护的研究方面。由于管线钢的腐蚀与所涉及的土壤介质密切相关，不同土壤环境管线钢的腐蚀行为不尽相同，目前仍缺少在模拟真实的土壤环境中X80管线钢腐蚀特征的系统研究。 本文以西气东输管线穿越区现场不同真实土壤环境为基础，研究X80钢在不同含水率土壤环境下的腐蚀规律，通过配置模拟溶液浸泡X80钢试样，分别测定不同含水率下的样片交流阻抗谱，得到极化电阻、双层电容、膜电阻、膜电容等信息，总结出X80钢腐蚀速率规律。研究结果可以为X80管线钢在真实土壤环境下的腐蚀及防护提供借鉴。 1 实验 1.1 实验材料 实验采用的是微合金X80钢，化学成分见表1。 表1 X80钢化学成分Tab.1 Chemical composition of X80 steel质量分数/%Fe 97.554 C S P 0.041 Si 0.24 Mn 1.46 Cr 0.037 Ni 0.12 Mo 0.25 Nb 0.033 Cu 0.250.000 10.014
高速铁路附近直流杂散电流测试研究 于凯;朱峰;严加斌;邱日强 【摘要】为了解高速铁路产生的杂散电流是否含有直流成分,近期在成都-都江堰高速铁路某段进行了杂散电流测试,通过测量机车通过时走行轨附近的地表直流电位梯度,来判断直流杂散电流的强度及其变化规律。测试结果表明当该高速铁路供电段有机车通过时,轨道附近存在非常明显的直流杂散电流,距轨道10 m处最大地电位梯度可达120 mV/m,30 m处最低为2 mV/m,地电位梯度在垂直轨道的方向上变化较大,测试点的最大地电位梯度并不出现在机车通过该测试点时,而是存在一个延迟时间。根据测试结果,建议高速铁路的轨道要注意防止直流杂散电流的腐蚀,并且高速铁路附近的埋地金属管网,有必要采取防止直流杂散电流腐蚀的措施。同时测试结果也提出了一个问题：为什么高速铁路运行时会产生大量直流性质的杂散电流？该测试结果将为接下来的研究提供依据。%In order to know whether there is DC current in the stray current produced along the high-speed railway or not, a testing was carried out at a section of Chengdu-Dujiangyan high speed railway recently. DC stray current intensity and variation is adjudged by measuring the surface DC potential gradient near the running rail when the locomotive is passing through. The results show that there is obvious DC stray current near the track when the locomotive is passing through the power supply section of high-speed railway, where the maximum potential gradient is 120 mV/m at the test point 10 m far away from the track and the minimum value is 2 mV/m at the test point 30 meters away from the track. The change of ground potential gradient in the direction perpendicular to the track is bigger than that in the direction par-allel to
高三复习专题六第十九单元电解池金属的腐蚀及防护 考点二电解原理在工业生产中的应用 信息技术融合课教学设计
1、完成老师的问题 2、互相检查书写是否正确 思考讨论老师的问题，书写氯气与碱反应方程式。 观看电子白板：电解饱和食盐水的装置图 分析饱和食盐水从哪一极补充，烧碱从哪一极流出 观看电子白板：铁上镀铜原理图 观看电子白板：电解精炼铜原理图 对比电镀与电解的电解质溶液的浓度变化，阳极的电极材料的差别。
【板书】阳极（粗铜）：Zn -2e - = Zn2+ Ni-2e-= Ni2+ Fe -2e- = Fe2+ Cu -2e-=Cu2+ 阴极（纯铜）：Cu2++ 2e-= Cu 【板书】四、冶炼金属 2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑ 2Al2O3(熔融) =4Al+3O2↑ 【讲述】利用电解原理不仅仅是以上四个方面运用，在工业生产中我们还可以利用电解原理 进行酸碱的制备、废水、废气的净化，同学们完成以下几题，感受一下电化学的魅力。 练习见后。完成课堂练习 学以致用，感受化学学 习的重要性，培养正确 的科学观 巩固练习：进入教师空间，做练习 1、利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气（） A. 如电极材料均改为铜板,电解池的总反应 方程式不变 B. 向A溶液中滴加石蕊试液显红色 C. c隔膜为阴离子交换膜,d隔膜为阳离子 交换膜 D. 相同条件下,c隔膜附近电极产生的a气 体与d隔膜附近电极产生的b气体体积比 为1∶2 2、用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH4+ (1)阳极室溶液由无色变成色, 阴极的电极反应式为。 (2)电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质 有。 3.(1) Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH 溶液)的
《腐蚀与防护研究方法》课程教学大纲 课程代码：080342019 课程英文名称：Research Methods of Corrosion and Protect 课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0 适用专业：应用化学 大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是应用化学专业的一门专业选修课。腐蚀与防护研究方法是在化学、冶金学、金属物理、表面科学、工程力学、机械工程学等有关部分学科的基础上，主要研究腐蚀与防护领域内的基本原理、进展、新技术以及新方法。重点培养学生综合运用所学知识分析、解决腐蚀工程实际问题的能力，方法设计的能力，腐蚀试验能力，结果分析处理的能力和综合分析的能力。本课程与腐蚀实验教学、专业生产实习、毕业论文等实践教学环节密切相关。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 掌握材料腐蚀（高温氧化、电化学腐蚀、局部腐蚀）的基本理论、影响因素和防止措施； 掌握金属腐蚀与防护的基本研究方法。 掌握对使用基本研究方法所得数据的处理能力以及综合分析能力。 （三）实施说明 用辩证法、认识论、实践论作为教学指导思想，使教学内容达到科学性与思想性的统一。 本课程建议不使用单一的教材，而是有选择的使用多本教材。 坚持少而精的原则，选取有代表性内容讲授。 发挥教师主导作用，适当引入国内外最新研究成果，调动学生积极性。 在讲授中应采取重点处理，辅以自学的教学方式，即对重点难点讲深讲透，次要内容则由学生课外阅读参考书，并以作业的形式完成，培养学生独立思考及自学能力。 （四）对先修课的要求 学生应掌握无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高等数学、材料科学基础、金属腐蚀学、电化学原理等的基本理论及实验技能，应先有金属腐蚀学实验及金属腐蚀的专业综合实验的感性认识。 （五）对习题课、实验环节的要求 根据讲课内容，要求学生查阅与讲课内容有关的文献进行分析研究，并作为作业上交小论文。增强学生独立思考、分析和解决问题的能力。 （六）课程考核方式 1.考核方式：考查 2.考核目标：在考核学生对腐蚀与防护基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生腐蚀研究方法的设计能力、运用能力和分析能力及防护研究方法的设计、实施和分析能力。 3.成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括出勤情况、作业情况、小测验、提问等）占30%，小论文成绩占10%，期末考试成绩占60%。平时上课3次或3次以上不到者，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。 （七）参考书目 《腐蚀试验方法及监测技术》，李久青，杜翠薇编著，中国石化出版社，2007年5月 二、中文摘要