阴极保护下缝隙内的电位分布

第20卷第3期中国腐蚀与防护学报Vol.20,No.3 2000年6月JOURNAL OF C HINESE SOCIE TY FOR C ORROSI ON AND PROT ECTI ON June,2000

文章编号:1005-4537(2000)03-129-06

阴极保护下缝隙内的电位分布*

李正奉,毛旭辉,甘复兴*

(武汉大学化学与环境科学学院武汉430072)

摘要:实验测量了稀Na Cl溶液中阴极保护下的模拟缝隙内低碳钢的电极电位分布,研究了缝

口控制电位、溶液电导率和缝隙厚度对电位分布的影响。结果表明在实验条件下缝隙内的电

位梯度随极化时间的延长而减小;溶液电导率和缝隙厚度的增大以及缝口控制电位的负移都

可使缝隙内电位负移,阴极保护深度增加。

关键词:阴极保护,缝隙腐蚀,电位分布,碳钢,Na Cl溶液

中图分类号:TG174.41文献标识码:A

一般情况下,联合采用绝缘覆盖层和阴极保护技术可有效地防止土壤或水中的钢结构、特别是地下油气管线外壁的腐蚀。但是,由于技术应用不当[1]或阴极剥离[2]等原因,当覆盖层产生针孔或裂口等缺陷时,很容易在这些缺陷附近的覆盖层下形成缝隙。腐蚀介质通过这些缺陷部位进入缝隙,导致缝隙内的金属发生腐蚀[2,3]。由于缝隙内溶液欧姆电阻的影响,阴极保护并非总能完全抑制剥离覆盖层下金属的腐蚀,在高阻环境中的情况尤其如此[4]。因此,阴极保护能否完全防止剥离覆盖层下的缝隙腐蚀便成为近些年来阴极保护领域的一个研究热点。被保护金属的电极电位是衡量阴极保护效果的主要参数之一,因而研究阴极保护下缝隙内的电位分布很有意义。虽然目前国外在电位分布测量方面做了一些工作,但却缺乏系统考察各种因素对电位分布的影响,国内则更鲜见报道[5]。为此,本工作测量了稀NaCl溶液中阴极保护下的模拟缝隙内碳钢的电极电位分布,研究了缝口电位、溶液电导率和缝隙厚度对电位分布的影响,并用数学模型对实验结果进行了解释。

1实验方法

1.1缝隙池实验

实验采用的缝隙池由盖板和底板上下两部分通过螺栓组装而成,如图1所示。在盖板和底板之间,用聚四氟乙烯(PTFE)垫片形成一个长94mm,宽20mm的缝隙,缝隙的厚度由所用垫片的厚度确定。在盖板的一端开一个直径为74mm的圆孔,并粘接一个

*收稿日期:1999-07-07;修订日期:1999-09-16

基金项目:国家自然科学基金资助项目(59671055);金属腐蚀与防护国家重点实验室资助项目

作者简介:李正奉(1963~),男,湖南临湘人,在读博士,主要研究方向为腐蚀电化学。

*通讯联系人

高60mm 、内径74mm 、壁厚3mm 的有机玻璃管,作为本体池。缝隙的入口位于本体池底部边缘,在本体池中相对缝口平行设置一个大面积钛板辅助阳极;饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,通过带鲁金毛细管的盐桥置于缝口中央。在底板的凹槽内,沿缝隙深度方向用石蜡封装八个相互隔离、工作表面为15@10mm 的矩形20A 碳钢电极(封装后所有电极的工作表面都应和底板的上表面处于同一平面),离缝口最近的电极编号为1#,

离缝口最远的电极编号为8#

。这八个电极通过背面焊接的导线相互并联作为阴极,并通过HPD -1A 型恒电位仪来控制阴极相对上述SCE 的电位,即缝口电位(E h )。在盖板上对准每个电极表面的中心,钻孔并安装八个用多孔材料与缝隙隔离的电位测量管,采用D T9102A 数字万用表相对另一个独立的SCE 测量某一时刻缝隙内各段电极的电位,这八个电位测点到缝口的距离分别为5、17、29、41、53、65、77和89mm 。另外,每个电极的引线上还串联一个插座,用于串接KEITHLEY 485电流表同时测量缝隙内的电流分布(电流分布研究结果将另文报道)。

Fig.1Schematic of the model crevice cell

(1)Bulk solution c ompartment;(2)Ti counter an -ode;(3)Salt bridge with a luggin capillary;(4)

Potential measurement tubes;(5)Sintered glass;

(6)Top plate;(7)PTFE gasket;(8)Bottom plate;(9)Segmented 20A carbon steel cathodes 每次实验前,将八个碳钢电极的工作表面用0~3号金相砂纸逐级打磨至镜面,用无水乙醇和丙酮清洗。然后封装电极,组装并连接缝隙池,向池中和电位测量管内注入同一NaCl 测试溶液。按实验条件控制缝口电位,开始对缝隙内的碳钢电极进行阴极极化,并在不同时刻同时测量各测点的电位和

电流。极化持续时间一般为25h,实验后取

样测量缝隙内溶液的平均电导率和p H,并

目视检查电极表面的腐蚀情况。测试溶液

为0.06、0.006或0.0006mol/L NaCl 溶液(25e 时pH U 7.0),均用分析纯NaCl 和二次蒸馏水配制,实验在室温下进行。1.2 线性极化电阻的测量

工作电极材料为20A 碳钢,工作面积为0.5cm 2

,按1.1节所述方法对其工作表面进行打磨和清洗后浸入敞开的或用高纯氮气除氧3h 的0.006mol/L NaCl 溶液,参比电极为SCE,辅助电极为铂片。工作电极浸泡30分钟后,用PARC M352腐蚀测量系统中的动电位扫描技术以1mV/s 扫描速率测量阴极极化曲线,然后取极化值0~-10mV 范围内的实验数据,用该测量系统中的数据分析程序(R p Calc)计算极化电阻。实验在恒温箱中进行,温度为25?1e 。测量结果表明:在敞开的0.006mol/L NaCl 中工作电极的极化电阻约为2.6k 8#cm 2

,除氧后极化电阻增大到约20k 8#cm 2

。这说明溶液中溶解氧浓度的降低可导致阴极极化电阻显著增大。

2 实验结果

通过缝隙池实验测量了稀NaCl 溶液中阴极保护下缝隙内电位分布随时间的变化,

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