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本文采用方波脉冲电流阴极保护方法(Square Wave Pulse Current CathodicProtection,SWPCCP)对在含氯离子环境中的304不锈钢进行阴极保护试验研究,并和传统的直流阴极保护方法(Direct Current Cathodic Protection,DCCP)进行了比较。
文中采用电化学动电位测试方法和腐蚀失重试验确定了304不锈钢在3.5%氯化钠溶液中的阴极保护参数和保护效率。通过三因素三水平的正交试验对方波脉冲电流的三个主要参数(脉冲频率f、占空比P和平均电流I)进行了优化。在此基础上,采用模拟管线试验体系对脉冲电流阴极保护的规律进行了研究,采用电化学充放氢的方法对方波脉冲和直流阴极保护下304不锈钢吸氢的敏感性进行了研究。采用计时电位法、EIS、SEM、XPS对方波脉冲电流阴极保护的机理进行了探讨。
电化学动电位试验和腐蚀失重试验结果表明304不锈钢在3.5%氯化钠溶液中(30~90℃)达到0.1mm.a-1耐蚀标准时,阴极保护的最小保护电位为(Ec-200)mV,此时所需的最小保护电流密度为5.89×10-2mA·cm-2。在98.34%保护度条件下(对应于0.085mm·a-1的腐蚀速度),方波脉冲电流阴极保护(f=2000Hz,P=20%)能量消耗为6.29×10-5W,而直流阴极保护则高达2.387×10-4w,两者相差接近4倍,说明方波脉冲电流阴极保护所需的能量消耗明显低于直流保护。同时试验结果也表明达到相同保护度条件下,方波脉冲电流阴极保护所需极化值(△φ)小于直流阴极保护。
正交试验结果表明方波脉冲电流阴极保护的最优参数为f=2000Hz,P=40%,I越大,则保护效果越好。但是综合耗能因素,在保护电位范围以内以设备整体能达到预期保护效果的前提下,选用较低的极化电流是经济的选择。
模拟管线阴极保护试验表明随着方波脉冲电流频率和平均电流的增加,阴极电位分布曲线负移,最小保护半径(rmin)增大,其中平均电流的作用最为明显。随着占空比的增加,最小保护半径先增大后减小。当方波脉冲电流参数为f=1000Hz、P=40%、I=8mA时,最小保护半径是同样电流条件下直流阴极保护的2.5倍。脉冲电流阴极保护具有延长保护半径,均匀电位分布,节能和简化保护体系等优点。
电化学充放氢试验结果表明方波脉冲电流阴极保护较直流阴极保护可降低析氢的危险性,且频率越低,这种危险性越小。氢吸收浓度CH和库仑效率η随着方波脉冲频率的增加而增加。
计时电位曲线、EIS、SEM和XPS分析结果表明,由于脉冲电流阴极极化作用时电流的穿透作用,加强了试片表面的极化程度,使其对试片的极化能力要高于直流电流,达到相同的极化值所需的方波脉冲电流密度较直流电流小,这是脉冲电流阴极保护最小保护半径大于直流阴极保护的原因。