输电线杆塔镀锌钢镀层应力腐蚀破坏研究

摘要

热镀锌成本低且耐蚀性好被广泛用于输电线铁塔防护涂层。输电线铁塔在运行中会受到风振、雨雪、热胀冷缩等的影响，发生应力腐蚀，不易发现，一旦倒塔对经济建设和生产生活造成巨大的破坏，甚至危及人生命财产安全。
　　本文进行了实验室加速试验与大气暴露试验，结合扫描电镜、电化学检测、XRD分析等实验手段，探究了应力对镀锌钢腐蚀速率的影响，分析腐蚀过程，进而了解其腐蚀类型与腐蚀规律。
　　对无应力与拉应力两种镀锌试样进行了中性盐雾试验与浸泡试验，采用扫描电镜观察了不同应力状态下试样的截面并进行电化学EIS与Tafel测试。结果表明，两种腐蚀条件下，镀层都表现为点蚀。在腐蚀初期，拉应力对镀层腐蚀破坏不明显;随着腐蚀时间的延长，拉应力试样的腐蚀电流密度比无应力试样高2～3个数量级，局部阳极溶解会促进位错增殖，拉应力作用使得Zn-Fe合金层中位错塞积形成裂纹源，为Cl-提供了良好的腐蚀通道，同时也加剧了锌铁之间的电偶腐蚀，拉应力存在明显加强了试样表面镀锌层的溶解速率。由于受阴极氧还原反应的限制，浸泡腐蚀较盐雾腐蚀轻。
　　对腐蚀产物X射线检测分析发现不同应力状态下腐蚀产物基本一致，主要有ZnO、Zn(OH)2、Zn5(OH)8Cl2H2O、ZnCO3、Zn5(OH)6(CO3)2，并根据腐蚀产物的稳定性提出了腐蚀产物的形成过程。
　　从动力学曲线以及电化学规律来看来看，现场暴露实验结果与实验室结果相似，拉应力试样比无、压应力试样腐蚀更严重。但不同地区腐蚀情况不一样，主要影响因素为硫化物、沉降量、空气湿度以及Cl-含量。
　　论文根据点蚀坑的生长模型与细观损伤力学建立了镀锌层应力腐蚀开裂模型，将点蚀坑造成的损伤等效为材料中出现的孔隙，通过孔隙率的变化来预测镀层的寿命。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 腐蚀破坏与分类

1．2 材料腐蚀研究方法

1．2．1 表征技术

1．2．2 电化学技术

1．2．3 大气腐蚀智能检测仪

1．3 锌及其合金腐蚀研究进展

1．3．1 锌腐蚀研究进展

1．3．2 镀锌钢应力腐蚀研究进展

1．4 本课题研究背景及研究内容

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究内容

第二章 实验材料及研究方法

2．1 试验材料与试样制备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试样制备

2．2 试验方法与装置

2．2．1 中性盐雾试验

2．2．2 浸泡实验

2．2．3 电化学腐蚀实验

2．3 试验安排

2．3．1 技术路线

2．3．2 腐蚀试样处理

第三章 实验室环境下镀锌钢的应力腐蚀行为研究

3．1 镀锌钢不同应力状态下中性盐雾腐蚀实验结果记录与分析

3．1．1 腐蚀形貌的观察

3．1．2 动力学增重实验

3．2 镀锌钢不同应力状态下浸泡实验结果记录与分析

3．2．1 腐蚀形貌的观察

3．2．2 动力学增重实验

3．3 镀锌钢不同应力状态下中性盐雾试验后微观形貌

3．4 镀锌钢不同应力状态下浸泡试验后微观形貌

3．5 应力与腐蚀协同作用对镀锌钢电化学腐蚀行为的影响

3．5．1 不同应力状态下镀锌铜中性盐雾腐蚀后的阻抗谱

3．5．2 不同应力状态下镀锌钢中性盐雾腐蚀后的Tafel曲线

3．5．3 不同应力状态下镀锌钢浸泡试验后的Tafel曲线

3．5．4 不同应力状态下镀锌钢浸泡实验后的阻抗谱

3．6 不同应力状态下镀锌钢腐蚀产物X射线衍射分析

本章小结

第四章 应力试样现场暴露腐蚀实验

4．1 腐蚀动力学曲线

4．2 应力试样电化学试验

4．2．1 不同地区应力试样极化曲线

4．2．2 不同地区应力试样阻抗谱

本章小结

第五章 镀锌层应力腐蚀开裂模型

5．1 镀层的点蚀模型

5．2 评定方法

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文