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模拟深海环境阴极保护初期钙镁沉积层的研究

作　者: 曹振宇
导　师: 杜敏
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学
关键词: 钙质层深海阴极保护恒流极化 Q235钢
分类号: P734.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着深海工程技术的发展,深海环境对金属材料的耐腐蚀性能的影响受到越来越多的关注。阴极保护依然是防止钢构筑物在深海腐蚀的最有效方法之一。作为阴极保护的结果,钢表面会形成钙镁沉积层。它一方面限制海水中的溶解氧向钢表面的扩散,增大金属的极化电阻；另一方面还可以阻止钢的裂纹扩展,提高钢的耐疲劳腐蚀等性能,增强阴极保护效果。目前钙镁沉积层的研究大都是针对浅海环境各种因素对钙质层的影响,对深海环境下钙镁沉积层的形成及生长情况涉及较少。本文以Q235钢为研究对象,采用恒电流极化方法,对不同的实验模拟环境条件下,钙镁沉积层的形成生长情况进行了对比研究。依据钙镁沉积层的形成特点及实海环境因素,本文主要以温度、溶解氧以及流动性为主要研究对象。在每个实验环境下选取40mA/m2-800mA/m2极化电流密度,分别进行了7天恒流极化实验,研究了极化电位随时间的变化规律。结果表明,常温流动条件下极化电流密度大于200mA/m2时才能在实验结束时保证试片的极化电位达到Q235钢的最低保护电位-0.85V(vs.Ag/AgCl),比常温静态条件需要更大的极化电流密度；在低温流动环境中,极化电流密度要大于400mA/m2时才会达到最低保护电位；在低温低溶解氧条件下,150mA/m2-800mA/m2极化电流密度范围内,实验结束时极化电位都能达到最低保护电位要求。电化学线性极化实验表明,在不同的实验环境中,试片的极化电阻都是随着极化电流密度的增加而加大。在相同极化电流密度下,温度越低、溶解氧含量越小,形成的极化电阻越小。电流密度较小时,由于钙镁沉积层形成不明显,不同环境中极化电阻值相差不大；随着电流密度的加大,常温条件下试片的极化电阻升高较快,当电流密度高于300mA/m2时,极化电阻是低温以及低温低氧条件下极化电阻的2-3倍。表面成分分析表明,钙镁沉积层的主要成分都是CaCO3和Mg(OH)2。当电流密度较小时,由于达不到完全保护,试片表面沉积层与锈层共存；随着电流密度的增加,沉积层形成越加明显,厚度变大,沉积层中镁含量随着电流密度的增加而升高。常温动态条件下,当电流密度大于400mA/m2时,由于析氢反应的发生沉积层会出现开裂脱落现象,并观察到Mg(OH)2内层和CaCO3外层的结构特征。在低温条件下当电流密度小于300mA/m2时没有明显钙镁沉积层出现,只有颗粒状沉淀物零星出现,表面成分分析显示钙镁含量很少,当电流密度达到400mA/m2时,试片表面被很薄的沉积层覆盖,其主要成分是CaCO3,Mg(OH)2含量很少。低温低氧条件下,电流密度小于400mA/m2时,试片表面也只有零星钙镁沉淀出现,当电流密度达到600A/m2时,才有钙镁层出现,形貌、成分与低温条件下相似。对比分析可以看出钙镁沉积层与电流密度密切相关,在一定环境下,阴极保护初期较大的电流密度能使试片更快达到保护电位,钙镁沉积层形成更加良好。由于流动性的影响,极化电位的负移会延迟,金属表面的阴极产物离子,如OH-等较难在阴极区富集,相比静态条件沉积层形成困难。温度和溶解氧含量也是影响钙镁沉积层形成的重要因素,低温下沉淀的形成生长速度变慢；在低温、低溶解氧条件下,钙镁沉积层很难形成,电流密度要比常温环境中加大一倍以上才有明显沉积层出现,厚度及致密性较差；因此要在深海低温低氧条件下对金属构筑物进行阴极保护时,需要更大的电流密度和更长的时间才能形成良好沉积层。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
0 前言  11-13
1 文献综述  13-27
  1.1 阴极保护的原理、参数及发展现状  13-17
    1.1.1 阴极保护的原理及参数  13-15
    1.1.2 阴极保护的研究方法  15-16
    1.1.3 阴极保护的发展现状  16-17
  1.2 防腐蚀覆盖层的种类与特性  17-18
  1.3 国内外钙镁沉积层的研究现状  18-26
    1.3.1 钙镁沉积层在阴极保护中的作用  18-19
    1.3.2 钙镁沉积层的形成机理  19-20
    1.3.3 各种因素对钙镁沉积层的影响  20-24
    1.3.4 钙镁沉积层形成的动力学过程  24-25
    1.3.5 深海钙镁沉积层的研究  25-26
  1.4 本文的研究思路和研究内容  26-27
    1.4.1 本文的研究思路  26
    1.4.2 本文的研究内容  26-27
2 实验材料、仪器及实验方法  27-31
  2.1 实验材料和仪器  27-28
    2.1.1 实验材料  27
    2.1.2 实验仪器  27-28
  2.2 实验方法  28-31
    2.2.1 恒电流阴极极化实验  28-29
    2.2.2 电化学测试方法  29-30
    2.2.3 表面分析测试  30-31
3. 结果与讨论  31-61
  3.1 常温环境下钙镁沉积层在Q235钢表面的形成生长情况  31-46
    3.1.1 常温动态条件下不同极化电流密度下极化电位随时间的变化  31-32
    3.1.2 线性极化和交流阻抗结果分析  32-37
    3.1.3 表面形貌与成分分析  37-42
    3.1.4 常温静态条件下钙镁沉积层的生长情况  42-45
    3.1.5 小结  45-46
  3.2 低温环境下钙镁沉积层在Q235钢表面的形成生长情况  46-55
    3.2.1 低温动态条件下不同极化电流密度下极化电位随时间的变化  46-47
    3.2.2 线性极化结果分析  47-48
    3.2.3 表面形貌与成分分析  48-50
    3.2.4 低温静态条件下钙镁沉积层的生长情况  50-54
    3.2.5 小结  54-55
  3.3 低温低氧环境下钙镁沉积层在Q235钢表面的形成生长情况  55-61
    3.3.1 低温低氧条件下不同电流密度下极化电位随时间的变化  55-56
    3.3.2 线性极化结果分析  56-57
    3.3.3 表面形貌与成分分析  57-59
    3.3.4 小结  59-61
4 结论  61-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
个人简历  67
攻读硕士学位期间学位论文发表情况  67

模拟深海环境阴极保护初期钙镁沉积层的研究

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