模拟酸雨淋溶红壤的浸出液薄膜下X80钢腐蚀机理

本项目针对酸雨淋溶红壤的浸出液在X80钢表面形成薄液膜导致的腐蚀现象开展研究，分析模拟酸雨淋溶红壤过程中土壤和酸雨的离子交换及释放的规律和特点；采用Kelvin 探针监控不同厚度浸出液薄膜下X80钢表面微区的变化；通过动电位扫描、电化学阻抗等电化学技术测量腐蚀过程电化学参数；结合表面分析技术观察X80钢表面液膜腐蚀微电池的形成、发展和腐蚀产物的演变，跟踪薄液膜中主要离子的迁移和浓度变化，探明浸出液薄膜下X80钢的腐蚀机理，建立浸出液薄膜下X80钢的腐蚀动力学与液膜厚度和浸出液成分的关系；结合实时监测装置监测埋地X80钢在典型红壤中的腐蚀行为，建立腐蚀动力学模型。项目的开展对揭示酸雨淋溶红壤的浸出液薄膜下X80钢的腐蚀机理具有理论意义，同时为发展相关防护技术提供依据。

项目以西气东输为研究背景，深入研究了X80管线钢在酸性红壤浸出液及薄液膜下的腐蚀行为及腐蚀机理。利用EIS、SKP等手段详细探讨了pH、溶解氧对X80钢腐蚀行为的作用规律；通过薄液膜电解池系统研究了浸出液薄膜下X80钢的腐蚀电化学行为，确定了浸出液膜X80钢下的腐蚀控制步骤；通过EIS、SEM、XRD等手段获得了不同厚度液膜下X80钢腐蚀的发生、发展规律，探明了浸出液膜下X80钢的腐蚀机理；同时，采用微电阻技术监测了X80钢在酸性红壤中的长期腐蚀速率，建立实验室模拟研究与实时监测之间的关系。主要研究结论如下：.酸性红壤模拟溶液中，X80钢腐蚀受阴极电化学过程控制，主要涉及O2去极化及H+还原过程。溶解氧的存在加速了X80钢腐蚀的阴极过程。溶解氧含量降低，X80钢腐蚀阻力增加，腐蚀电流密度下降。溶解氧降至0.81ppm后，氧的扩散过程控制了腐蚀反应，阴极去极化和阳极过程都受到抑制。此外，pH值降低，X80钢腐蚀加剧。pH值为5.5时，X80钢在红壤模拟溶液中的腐蚀受氧去极化控制，表面存在腐蚀产物结合层，EIS由高频不完整容抗弧和低频容抗弧组成；随着pH值降低，X80钢的腐蚀逐渐转为电化学活化控制，腐蚀阻力减小，腐蚀不断加剧；当pH值降至4.0~3.0后，X80钢表面出现大量蚀点，EIS低频区出现感抗特征。.酸性红壤模拟液膜下，X80钢的腐蚀行为及控制特征受液膜厚度影响。300 μm液膜下，X80钢腐蚀仍受阴极电化学过程影响。液膜减薄，氧的扩散路径缩短，阴极反应加速；同时，Fe2+及腐蚀产物的扩散会受到阻碍，阳极反应受到抑制，不同厚度液膜下X80钢的腐蚀行为取决于二者的影响程度。145 μm液膜下，X80钢腐蚀逐渐转化为氧扩散过程控制，腐蚀速率随浸泡时间波动。然而，液膜降至70 μm时，X80钢呈现出阴极、阳极联合控制特征，腐蚀速率主要与氧扩散及腐蚀产物扩散阻力有关。腐蚀后期，不同厚度液膜下的腐蚀速率为70 μm>300 μm>145 μm；且液膜越薄，腐蚀产物层越完整。.采用微电阻技术可以连续监测X80钢在酸性红壤腐蚀过程中的动力学规律。X80钢在红壤中埋样38周时的腐蚀速率约为0.0902 mm/a，埋样5年后，腐蚀速率降为0.02226 mm/a。腐蚀产物层主要组成为FeOOH，γ-Fe2O3和少量FeCO3。