模拟深海压力实验装置的制备以及压力对Q235碳钢和316L不锈钢腐蚀行为的影响

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面临能源和军事战略等多方面需求,深海开发越来越具有吸引力。金属由于具有良好的强度而成为深海工程中应用的最为广泛的结构物。然而,金属材料的腐蚀给深海开发带来了巨大的困难和损失。因此深海环境下金属材料的耐蚀性越来越受到重视。深海腐蚀研究方法包括实海实验和实验室模拟实验,而由于实海实验环境恶劣且耗资巨大,因此目前研究以实验室模拟实验为主。本文建立了深海高压模拟实验装置,介绍了实验装置的构成以及使用方法。运用自己制备的银/氯化银固体参比电极进行电化学实验,研究了Q235碳钢和316L不锈钢在15MPa海水压力下的腐蚀行为。采用的电化学研究方法主要有小幅度循环伏安法,恒电流极化法,动电位极化法,开路状态和极化状态下的电化学阻抗法等。目前深海高压实验用到的参比电极多为银/氯化银固体参比电极,本文采用恒电流氧化的方法在3.5%NaCl溶液中制备了这种参比电极并进行了性能评价,采用的方法包括常压下电位稳定性测量,耐极化性能,可逆性,温度系数,能斯特响应,以及高压下的电位稳定性和阻抗测量。研究发现,制备的银/氯化银固体参比电极在海水和饱和氯化钾溶液中具有良好的电位稳定性,可逆性,能斯特响应和温度响应良好,能够承受一定的漏电流极化。高压下静止状态和搅拌条件下能够保持电位稳定,满足深海高压下电位测量要求。本文施加15Mpa海水压力,保持温度为4°C,研究了压力对Q235碳钢腐蚀行为的影响。失重实验表明,海水压力增大了Q235碳钢的失重。结合电化学方法可知,Q235碳钢腐蚀加速的原因主要是海水压力增大了阴极反应速度,同时高压下Q235碳钢极化电阻值明显降低。高压下由斯特恩公式计算得到的自腐蚀电流密度比常压下增大了48%,与失重结果加速47%相吻合。电化学阻抗测量结果显示Q235碳钢的电荷转移电阻由常压下的7039Ω. cm2减小到高压下5993Ω.cm2,腐蚀速度增大。测量了316L不锈钢在不同压力下的开路电位随时间的变化,运用动电位极化曲线和电化学阻抗方法研究了压力对316L不锈钢耐蚀性能的影响,主要得出了以下结论:在对316L不锈钢实行-1000mV预先阴极极化以后,不同压力下电极电位变化规律一致,前1.5h电极电位迅速正移,此后的6小时电位正移速度缓慢。15MPa压力下的电极电位比常压下高70mV左右。高压力下316L不锈钢耐蚀性下降,主要表现为稳定钝化区间减小,点蚀击破电位降低,开路状态下其Rp下降。极化状态下测量得到的电化学阻抗谱与极化曲线上不同电位区间对应良好,解释了不同极化电位对钝化膜的影响。
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