模拟深海环境下锌参比电极与铝合金牺牲阳极性能研究

摘要

随着海洋工程的发展，金属材料的腐蚀已经成为制约深海开发的主要因素，由于深海实地试验耗资巨大，样品回收难，数据难以积累，因此深海腐蚀研究多利用模拟装置进行。本论文设计建造了100L的大容积深海环境高压模拟装置，操作压力能达到16MPa，运行状态安全平稳，并在该高压釜装置中进行了模拟研究。利用恒电流极化曲线测试法、小幅度循环伏安法以及电化学阻抗谱法，考察了高纯锌参比电极在深海高压环境下的稳定性及适用性，Al-Zn-In-Mg-Ti高活化牺牲阳极在深海高压环境下的活化性能以及海水压力对低合金钢阴极保护电位分布的影响。
　　通过研究高纯锌参比电极在海水中的稳定性和适用性，得到了研究结果:高纯锌参比电极在海水中浸泡30小时后电极电位趋于稳定，为-1040mV左右，电位波动为±3mV，其稳定性符合参比电极的要求。而电化学阻抗谱结果表明，其电极过程是典型的由扩散过程控制。恒电流极化后，锌参比电极的电极电位负移了4mV，且电位在通电7000秒后达到稳定，满足电化学测量的要求。而由小幅度循环伏安曲线结果可以得出，其正扫曲线与反扫曲线不能完全重合，电极可逆性不是非常好。在KOH溶液中，随着扫描速度的减慢，金属锌循环伏安曲线的氧化峰与还原峰之间的峰电位差减小，锌参比电极的可逆程度增大。因此，在较低的扫描速度下，锌参比电极在KOH溶液中的可逆性较好，可以用于稳态测量。
　　通过对Al-Zn-In-Mg-Ti高活化牺牲阳极在高压海水中的活化性能与常压条件对比研究，结果表明:在海水压力为15.5MPa，温度为4℃的环境下，Al-Zn-In-Mg-Ti高活化牺牲阳极的开路电位较常压海水环境下略微降低，电化学容量及电流效率均有所降低，且高压环境下牺牲阳极的电化学容量及电流效率值较低。通过4天加速腐蚀试验，Al-Zn-In-Mg-Ti高活化牺牲阳极在15.5MPa的高压海水环境中的阳极溶解形貌较差，阳极表面溶解不均匀，有较大面积表面甚至未溶解，表明深海高压环境使铝合金牺牲阳极的活化性能变差，部分表面未有效地活化。针对此，需要开发耐深海压力的高效率牺牲阳极技术。
　　通过研究海水压力对低碳钢极化行为以及阴极保护电位分布的影响，得到了研究结果:随着海水压力的逐渐增加，低碳钢的自腐蚀电位基本不发生变化，均稳定在0.31V左右，而阳极过程和阴极过程随着压力的增加而略有减弱。低碳钢的极限电流密度减小，极限电阻增加，腐蚀速率逐渐降低，极化参数增大，这导致了阴极保护电位分布略有增加。即海水压力增加不会加剧电位不均匀分布，而会改善电位分布均一性，增加阴极保护范围。由于压力釜的空间太小，由距离引起的极化参数变化太小，并不足以引起阴极保护范围发生明显的变化，低碳钢表面各测定点的点电位并未随着海水压力的增加而发生较大变化。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．2．1 海洋环境模拟装置设计

1．2．2 海洋环境下的腐蚀行为

1．2．3 海洋环境中的防腐技术

1．2．4 海洋工程中常用参比电极

1．3 本论文研究内容及目的

第二章 深海环境模拟装置的设计

2．1 海水压力釜深海环境模拟装置

2．2 海水输运及海水环境状态测试系统

2．3 电化学工作站

第三章 实验材料及仪器及方法

3．1 实验材料及仪器

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

第四章 锌参比电极在模拟深海环境下性能测试

4．1 实验方法

4．2．1 恒电流法极化曲线测试

4．2．2 循环伏安法(CV)

4．2 高纯锌参比电极在海水中的性能测试

4．2．1 高纯锌参比电极的制备

4．2．2 高纯锌参比电极的电位稳定性测量

4．2．3 与饱和甘汞电极的稳态极化曲线对比

4．2．4 高纯锌参比电极的循环伏安曲线

4．2．5 金属锌在海水中的极化曲线

4．2．6 KOH对金属锌在海水中可逆性的影响

4．3 本章小结

第五章 铝合金牺牲阳极深海腐蚀行为研究

5．1 实验方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验仪器

5．1．3 实验和数据处理方法

5．2 海水压力对Al-Zn-In-Mg-Ti高活化牺牲阳极电化学性能的研究

5．3 本章小结

第六章 高压海水中低合金钢电位分布特征

6．1 模拟深海环境对钢结构阴极保护电位分布的影响

6．1．1 海水压力对钢构物阴极保护电位分布的影响

6．2 海水压力对低碳钢极化行为的影响

6．3 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

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