流速对海洋用钢腐蚀电化学行为及阴极保护渗氢作用机制研究

It is of urgent necessity for the development of marine economy to carry out the research of the corrosion mechanism and cathodic protection in flowing seawater. The regularity of electrochemical reaction and characteristics of the applied cathodic current of the typical marine steel in the simulated flowing seawater will be investigated using electrochemical tests, image analysis, surface analysis and mechanical performance testing, etc.. The effect of the corrosion products and reactant concentration on the anodic and cathodic reactions will be studied through analysis of polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy, and thus the characteristics of anodic and cathodic reactions under flowing conditions can be acquired. Based on the above results, the influence mechanism of flow velocity on corrosion electrochemical reaction of the typical marine steel can be clarified. At different velocities the effect of cathodic protection and the resulting calcareous deposited layer on the hydrogen permeation behavior and therefore on the mechanical properties of the material will be investigated. Based on the acquired influence mechanism of flow velocity on hydrogen permeation behavior, the influence rule of flow velocity on controlling parameters of cathodic protection can be realized. The electrochemical detection of metal corrosion and image recognition technology will be improved to provide a reference for the selection of cathodic protection parameters in flowing seawater condition. This study is of theoretical and practical significance on understanding the mechanism of corrosion kinetics and the proper protection methods in flowing seawater.

开展流动海水腐蚀机理与阴极保护相关研究，是发展海洋经济的迫切需要。利用电化学测试、图像与表面分析及力学性能测试等手段，研究典型海洋用钢在模拟流动海水中的腐蚀电化学反应规律及外加阴极电流作用特征。通过极化曲线和电化学阻抗谱分析，研究腐蚀产物和反应物浓度变化对腐蚀电极阴阳极反应的影响，得到流动条件下金属腐蚀阳极、阴极反应的特点。进而探明流速对典型海洋用钢腐蚀电化学反应的作用机制。通过研究流速下材料阴极保护及产生的表面钙质沉积层对渗氢行为及其对材料力学性能的影响特征，分析流速对典型海洋用钢阴极保护渗氢行为的影响作用机制，得到流速对阴极保护控制参数的影响规律。完善金属腐蚀的电化学检测和图像识别技术手段，为流动海水阴极保护参数的选取提供参考。该研究对于深入理解海水流动条件下的腐蚀动力学机制和合理保护具有重要的理论和实际意义。

开展流动海水腐蚀机理与阴极保护相关研究，是发展海洋经济的迫切需要。研究典型海洋用钢(304L、316L、Q235、ZG、16Mn等)在模拟流动海水中的腐蚀电化学反应规律及外加阴极电流作用特征。流速增加，极化曲线判断析氢电位难于实现，电化学反应电阻Rt~E曲线的拐点可作为为析氢反应的判据。随着流速的增加，腐蚀电位正移，极限扩散电流增加，析氢电位正移；研究溶解氧和铁离子浓度变化对X65腐蚀反应的影响，得到流动条件下金属腐蚀电化学反应的特点，腐蚀电位正移主要原因为滞留层厚度的较少和到达金属界面氧的增加；研究流速及阴极保护电位对氢渗透行为的影响，阴极保护电位负移金属表面氢浓度增加，流速增加扩散的氢减小，金属表面氢浓度降低，析氢电位随流速增加正移主要原因为表明氢浓度的降低；研究流速下16Mn材料阴极保护及产生的表面钙质沉积层对渗氢行为影响特征，随着极化电位的负移，钙质沉积层厚度增大，气泡导致凸起，直至将钙质沉积层鼓破。钙质沉积层，对氧的扩散有阻碍作用，导致阴极保护电流密度降低。表面有钙质沉积层的16Mn钢，其渗氢电流密度达到最大值后，波动下降，归因于沉积层的破裂脱落。随流速的增加，钙质沉积物致密，析氢电位负移；研究了渗氢对典型海洋用钢力学性能和腐蚀性能的影响，随着阴极极化电位的负移，试样显微硬度增大，解理面积逐渐增大，氢脆性断裂敏感性增加。X80充氢表面膜变薄，膜的厚度由金属氧化物界面氧空位决定，氢的存在增加了OH的含量，表面膜保护性降低。深化金属腐蚀的电化学检测和图像识别技术手段，电化学阻抗谱CPE等效元件与不同阴极保护电位下空泡腐蚀图像粗糙度具有相关性。彩色图像特征与锈层成分和失重具有相关性，图像特征与丝束电极得到的腐蚀电化学信息具有相关性。利用混沌、小波分析等手段研究电化学噪声（EN）；该研究对于深入理解海水流动条件下的腐蚀动力学机制和合理保护具有重要的理论和实际意义。