金属材料在含硫酸根土壤中的腐蚀
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１ 土 壤 中主 要 的 腐 蚀 方 式 两 电 极 处 在 同 一
目前对于腐蚀被大众所接受和认 可的定义是 ： 材料在环境作用 个 电解 质 体 系 中 ， 并 下引起的破坏或变质成为腐 蚀。 我 国原石油部标准ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中对于腐蚀 的定 且在两 者之 间有 电解
表１
义为 ：金 属与环境问物理 一化学的相互 作用造成金属性能 的改变 ， 质的存在 ； － ２ ． ７ ｌ 钠 导致 金属 、 环境或 由其构成 的一部分技术体 系功能的损坏 。 两 电 极 之 间 有 电 ２ ． ３ ４ 镁 按照腐蚀 的环境分类 ， 可分为大气腐蚀 、 海水腐蚀 、 土壤腐蚀 。 解质通路 。 金属 材料 在土壤 中的腐蚀起 主要作用 的是 电化学腐蚀。 土壤作 在一 个 特定 的腐 １ ． ６ ７ 铝 为一种腐蚀环境要 比其他 的介质要复 杂的多 ， 其作为腐蚀环境 的一 蚀 体系 没有外加 电流 ０ ． ７ ６ 锌 个 主要特 点就是 非均匀性 。土壤是 由固相 、 气相 和液相 三相构成的 的情况 下， 所测得 的金 不均一多相体 系 ， 其影响因素多 ， 相互关系复杂 。 结构和组成不同的 属 电位称 为 自然腐 蚀 铬 ０ ． ７ １ 土壤会在 同一金属 的不 同部位造成不 同的环境效应 ， 引起 不同的金 电位．在此 体系 中， 自 ０． ４ ４ 铁（ Ｆ ｅ ｂ 属／ 界面 电位差 ， 从而建立起 明显的阴极 区和 阳极 区。 然 腐蚀 电位越低 的金 地下构筑物腐蚀 的控制技术包括合理 的设 计 ， 正确选用金属材 属 ， 会作 为 阳极失去 电 ＿ ０ ２ ５ 镍 料， 改变腐 蚀环境 ， 采用耐腐蚀覆盖层 ， 都可 以有效 的防止金属材料 子 ，其腐蚀 的可 能性 锡 ＿ ０ ． 坫 腐蚀 的发生 。 也越 大 ； 自然腐蚀 电 ２ 国际、 国 内接 地 材 料 的 使 用 概 况 铅 ０． １ ３ 位越高 的金 属， 会作为 目前我 国传统接地体大多采用钢材质 ， 其主要原 因是我 国的早 阴极 得到 电子 ，其 腐 ０ ０ ４ 铁（ Ｆ ｅ 期电力系统设计技术多借鉴前苏联相关技术 ， 另外我 国自身铜储探 蚀 的可能性也越小。 铜 ＋ ０ ．３ ５ 明量 的不足 ， 加上西方 国家过去对我 国的封 锁 ， 中国不容 易取 得铜。 土 壤也 具 有 腐 蚀 为节 约有色 金属 ， 在２ ０世 纪 ５ ０～６ ０年 代提 出“ 以钢代 铜 ， 以铝代 性 ，因为其 中存在 着 银 ＋ Ｏ ．８ ０ 铜” ， 所 以一度大量选用钢材和铝材。 而国外 （ 除前苏联 国家 ， 中国和 水气 ，可溶 解 的金 属 ＋１ ．２ ０ 铂 印度 以外 ） ，以铜材 以及铜镀 钢材料 作为 主要接地 材料 已有 超过 盐 和细菌 。特别是低 １ ０ ０年的历史 ， 而 且被相关 的 国际标 准 （ 如： Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ和 Ｉ Ｅ Ｃ） 推荐 为主 电阻率 的土 壤 ，都 有 石墨 ＋ｌ ５ ０ 要的接地材料 。 很高腐蚀性 。 一般地 ， 目前 ， 我 国大部 分地 区仍然使用镀 锌扁钢 作为接地材料 ， 但几 水气含 量高 ，可溶解 十年的实践证 明镀锌钢并不能解 决接地装置腐蚀 问题 ， 象华北 电网 的金属盐多 ， 存在氧气和温度 的变化 ， 将引起和加快腐蚀 。 发生腐蚀 天津 北郊 ５ ０ ０ Ｋ Ｖ变 电站投运 ８ 年后开挖 检查 发现 ，接地装 置腐蚀 的必要 条件 是 ， 必须要有 阳极（ 正） 和阴极（ 负） 而且形成 了电化学 电 严重 ， 有的甚至 已被腐蚀断 ， 不得不投 巨资更换成铜 接地装置 。还 池和一条可以让 直流电流流动 的完 整的路径 。由于杂质 ， 晶体边界 有， 北 京房 山变 电站 ， 大 同二 电厂等 大型 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站投 运 １ ０ — １ １ 和方 向上局 部应力 的原 因 ， 在许 多金 属的表面 ， 存 在着 阴极 和 阳极 这些带正 ， 负 电的区域通过金属本身产 生电气连接 。 如果要发 年后 ， 因腐蚀严重均重新更换 了原镀锌钢接地装置 。由于是 重新铺 区域。 设 接地装置 ， 恢 复路 面和绿化等工 作花费 了不少 资金 ， 因此整个 改 生腐蚀 ， 必须要存在通过 电解液（ 导 电液体 ） 的额外的 电流路径 。在 造 工程 比新建接地装置所需费用增加很多 。 有水气 的土壤 中 ， 回路完整 ， 电流这个腐蚀 电池从 阳极流到 阴极 ， 并 另一种类型 的腐蚀出现在从金 属到氧化剂 的电子 我 国解放前 ， 曾大量采用铜质材料作为接地材料 ，如 天津 塘沽 对 阳极 造成腐蚀 。 １ １ ０ ｋ Ｖ变 电站 ， 上海杨树浦 电厂等 ， 经检查 ， 其接地装置至今仍 然合 的搬移过程 中。在这个氧化反应 的过程 中， 在金 属与电解 质溶 液之 格， 至今仍可使用。在外资投资的工厂 ， 电厂的变电站 中， 大量 使用 间会 产生电动势 （ Ｅ ￣ Ｉ Ｆ ） 。在相 同的情况下 ， 每一种其他的金属与这 铜质材料接地装置 ， 如秦山核电站 ， 连 云港 核电站 ， 无锡海力 士半 导 种金属在氧化 性溶液 中由 自己的金属离子建立 的固定 电位是 不 同的。这一套 电位是 由一套标准的条件决定 的， 包括 ， 温度 ， 溶 液中 体 变 电站 ， Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｌ等 。 目前铜材 已经不再作为 国家 战略物 资 ，国家外 汇储 备充沛 ， 在 的离子浓度 ， 还有前 面所 知道 的 Ｅ ＭＦ和元素电化顺序 。 Ｅ ＭＦ序列的 上海成立 了铜期货交易所 ， 可以很 方便地购买铜 。 重要 性在于 它从数 量上说 明了纯金 属腐 蚀的相关 的倾 向 。在序列 而北京 、 上海 、 江苏 、 浙江 、 山东 、 广东 、 辽宁 、 天津等地 区已开始 中 ， 位置高的金属 ， 比如说铝 ， 锌 和铁 ， 要 比在序列 中位置低 的金属 ，
科 技 论 坛
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金属材料在 含硫酸根土壤中的腐蚀
朴文泉 ’ 张 龙 ’ 李 伟 ’ 杨 润 方 勇 ｓ 刘 哲 张 锐
（ １ 、 新疆电力公 司电力科 学研究 院， 新 疆 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ １ １ ２ 、 新疆电力设计 院 新疆 乌鲁木 齐 ８ ３ ０ ０ １ ０ ３ 、 甘肃 电力公司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ４ 、 北京源伏安 电气技术有限公 司， 北京 １ ０ ０ ８ ４ ５ ５ 、艾力高 中国有限公 司， 上海 ２ ０ １ １ ３ ８ ） 摘 要： 金属在土壤 中的腐蚀情 况非常复 杂， 通过针 对金属材料在地下腐蚀情况的研究 ， 有助 于发现金属在 地下腐蚀 的因素与腐蚀速 度之 间的联 系。 本 文针对金属材料在含有较 多硫 酸根 离子土壤 中的腐蚀情 况进行 了有针对性的研 究。 通过 对于国外 已有的金 属材料在 土 壤 中的腐蚀数据 ， 以及通过电化学加速腐蚀试验 的数据表 明， 在 富含硫 酸根 离子的土壤 中， 镀铜 钢材料具有较好的耐腐蚀性能 ， 其 耐腐蚀 性 能远优 于传统 的镀锌钢材料。镀铜 钢材料 可以有 效抵抗硫酸根 离子对 于金属的腐蚀 ， 并始终保持其 电气性能与物理性能 ， 具有 ５ ０ 年 以 上 的使 用寿命 。 关键词 ： 金 属材料 ； 土壤 ； 腐蚀
目前对于腐蚀被大众所接受和认 可的定义是 ： 材料在环境作用 个 电解 质 体 系 中 ， 并 下引起的破坏或变质成为腐 蚀。 我 国原石油部标准ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中对于腐蚀 的定 且在两 者之 间有 电解
表１
义为 ：金 属与环境问物理 一化学的相互 作用造成金属性能 的改变 ， 质的存在 ； － ２ ． ７ ｌ 钠 导致 金属 、 环境或 由其构成 的一部分技术体 系功能的损坏 。 两 电 极 之 间 有 电 ２ ． ３ ４ 镁 按照腐蚀 的环境分类 ， 可分为大气腐蚀 、 海水腐蚀 、 土壤腐蚀 。 解质通路 。 金属 材料 在土壤 中的腐蚀起 主要作用 的是 电化学腐蚀。 土壤作 在一 个 特定 的腐 １ ． ６ ７ 铝 为一种腐蚀环境要 比其他 的介质要复 杂的多 ， 其作为腐蚀环境 的一 蚀 体系 没有外加 电流 ０ ． ７ ６ 锌 个 主要特 点就是 非均匀性 。土壤是 由固相 、 气相 和液相 三相构成的 的情况 下， 所测得 的金 不均一多相体 系 ， 其影响因素多 ， 相互关系复杂 。 结构和组成不同的 属 电位称 为 自然腐 蚀 铬 ０ ． ７ １ 土壤会在 同一金属 的不 同部位造成不 同的环境效应 ， 引起 不同的金 电位．在此 体系 中， 自 ０． ４ ４ 铁（ Ｆ ｅ ｂ 属／ 界面 电位差 ， 从而建立起 明显的阴极 区和 阳极 区。 然 腐蚀 电位越低 的金 地下构筑物腐蚀 的控制技术包括合理 的设 计 ， 正确选用金属材 属 ， 会作 为 阳极失去 电 ＿ ０ ２ ５ 镍 料， 改变腐 蚀环境 ， 采用耐腐蚀覆盖层 ， 都可 以有效 的防止金属材料 子 ，其腐蚀 的可 能性 锡 ＿ ０ ． 坫 腐蚀 的发生 。 也越 大 ； 自然腐蚀 电 ２ 国际、 国 内接 地 材 料 的 使 用 概 况 铅 ０． １ ３ 位越高 的金 属， 会作为 目前我 国传统接地体大多采用钢材质 ， 其主要原 因是我 国的早 阴极 得到 电子 ，其 腐 ０ ０ ４ 铁（ Ｆ ｅ 期电力系统设计技术多借鉴前苏联相关技术 ， 另外我 国自身铜储探 蚀 的可能性也越小。 铜 ＋ ０ ．３ ５ 明量 的不足 ， 加上西方 国家过去对我 国的封 锁 ， 中国不容 易取 得铜。 土 壤也 具 有 腐 蚀 为节 约有色 金属 ， 在２ ０世 纪 ５ ０～６ ０年 代提 出“ 以钢代 铜 ， 以铝代 性 ，因为其 中存在 着 银 ＋ Ｏ ．８ ０ 铜” ， 所 以一度大量选用钢材和铝材。 而国外 （ 除前苏联 国家 ， 中国和 水气 ，可溶 解 的金 属 ＋１ ．２ ０ 铂 印度 以外 ） ，以铜材 以及铜镀 钢材料 作为 主要接地 材料 已有 超过 盐 和细菌 。特别是低 １ ０ ０年的历史 ， 而 且被相关 的 国际标 准 （ 如： Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ和 Ｉ Ｅ Ｃ） 推荐 为主 电阻率 的土 壤 ，都 有 石墨 ＋ｌ ５ ０ 要的接地材料 。 很高腐蚀性 。 一般地 ， 目前 ， 我 国大部 分地 区仍然使用镀 锌扁钢 作为接地材料 ， 但几 水气含 量高 ，可溶解 十年的实践证 明镀锌钢并不能解 决接地装置腐蚀 问题 ， 象华北 电网 的金属盐多 ， 存在氧气和温度 的变化 ， 将引起和加快腐蚀 。 发生腐蚀 天津 北郊 ５ ０ ０ Ｋ Ｖ变 电站投运 ８ 年后开挖 检查 发现 ，接地装 置腐蚀 的必要 条件 是 ， 必须要有 阳极（ 正） 和阴极（ 负） 而且形成 了电化学 电 严重 ， 有的甚至 已被腐蚀断 ， 不得不投 巨资更换成铜 接地装置 。还 池和一条可以让 直流电流流动 的完 整的路径 。由于杂质 ， 晶体边界 有， 北 京房 山变 电站 ， 大 同二 电厂等 大型 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站投 运 １ ０ — １ １ 和方 向上局 部应力 的原 因 ， 在许 多金 属的表面 ， 存 在着 阴极 和 阳极 这些带正 ， 负 电的区域通过金属本身产 生电气连接 。 如果要发 年后 ， 因腐蚀严重均重新更换 了原镀锌钢接地装置 。由于是 重新铺 区域。 设 接地装置 ， 恢 复路 面和绿化等工 作花费 了不少 资金 ， 因此整个 改 生腐蚀 ， 必须要存在通过 电解液（ 导 电液体 ） 的额外的 电流路径 。在 造 工程 比新建接地装置所需费用增加很多 。 有水气 的土壤 中 ， 回路完整 ， 电流这个腐蚀 电池从 阳极流到 阴极 ， 并 另一种类型 的腐蚀出现在从金 属到氧化剂 的电子 我 国解放前 ， 曾大量采用铜质材料作为接地材料 ，如 天津 塘沽 对 阳极 造成腐蚀 。 １ １ ０ ｋ Ｖ变 电站 ， 上海杨树浦 电厂等 ， 经检查 ， 其接地装置至今仍 然合 的搬移过程 中。在这个氧化反应 的过程 中， 在金 属与电解 质溶 液之 格， 至今仍可使用。在外资投资的工厂 ， 电厂的变电站 中， 大量 使用 间会 产生电动势 （ Ｅ ￣ Ｉ Ｆ ） 。在相 同的情况下 ， 每一种其他的金属与这 铜质材料接地装置 ， 如秦山核电站 ， 连 云港 核电站 ， 无锡海力 士半 导 种金属在氧化 性溶液 中由 自己的金属离子建立 的固定 电位是 不 同的。这一套 电位是 由一套标准的条件决定 的， 包括 ， 温度 ， 溶 液中 体 变 电站 ， Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｌ等 。 目前铜材 已经不再作为 国家 战略物 资 ，国家外 汇储 备充沛 ， 在 的离子浓度 ， 还有前 面所 知道 的 Ｅ ＭＦ和元素电化顺序 。 Ｅ ＭＦ序列的 上海成立 了铜期货交易所 ， 可以很 方便地购买铜 。 重要 性在于 它从数 量上说 明了纯金 属腐 蚀的相关 的倾 向 。在序列 而北京 、 上海 、 江苏 、 浙江 、 山东 、 广东 、 辽宁 、 天津等地 区已开始 中 ， 位置高的金属 ， 比如说铝 ， 锌 和铁 ， 要 比在序列 中位置低 的金属 ，
科 技 论 坛
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金属材料在 含硫酸根土壤中的腐蚀
朴文泉 ’ 张 龙 ’ 李 伟 ’ 杨 润 方 勇 ｓ 刘 哲 张 锐
（ １ 、 新疆电力公 司电力科 学研究 院， 新 疆 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ １ １ ２ 、 新疆电力设计 院 新疆 乌鲁木 齐 ８ ３ ０ ０ １ ０ ３ 、 甘肃 电力公司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ４ 、 北京源伏安 电气技术有限公 司， 北京 １ ０ ０ ８ ４ ５ ５ 、艾力高 中国有限公 司， 上海 ２ ０ １ １ ３ ８ ） 摘 要： 金属在土壤 中的腐蚀情 况非常复 杂， 通过针 对金属材料在地下腐蚀情况的研究 ， 有助 于发现金属在 地下腐蚀 的因素与腐蚀速 度之 间的联 系。 本 文针对金属材料在含有较 多硫 酸根 离子土壤 中的腐蚀情 况进行 了有针对性的研 究。 通过 对于国外 已有的金 属材料在 土 壤 中的腐蚀数据 ， 以及通过电化学加速腐蚀试验 的数据表 明， 在 富含硫 酸根 离子的土壤 中， 镀铜 钢材料具有较好的耐腐蚀性能 ， 其 耐腐蚀 性 能远优 于传统 的镀锌钢材料。镀铜 钢材料 可以有 效抵抗硫酸根 离子对 于金属的腐蚀 ， 并始终保持其 电气性能与物理性能 ， 具有 ５ ０ 年 以 上 的使 用寿命 。 关键词 ： 金 属材料 ； 土壤 ； 腐蚀