地热水中电偶腐蚀的现场研究(等面积比部分)

±48中0.5℃地热水中,跟踪了672小时的45#与2Cr13;45#与45#镀Cr;45#与黄Cu;45#与A3;45#与铸铁,45#与A3镀Zn及45#与AL七对等面积电偶对的电偶电位(Eg),电偶电流(Ig),阴极、阳极开路电位(Ec、Ea),随时间(t)的变化。结果表明现有泵轴用材多处异金属接触使用(45#与2Cr13,铸铁,45#镀Cr,A3)是可行的。分析了各电偶对的电偶腐蚀倾向。对阴极效率、差异效应进行了初步讨论。

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北京铜铁学院举报年第期地热水中电偶腐蚀的现场研究等面积比部分金属腐蚀教研室严广明肖布李久青张万灵洛江桥摘要土中 ℃地热水中，跟踪小时的，与，与，镀，林与黄，，与。， “ 与铸铁， ‘ 与镀及，与七对等面积电偶对的电偶电位，电偶电流，阴极、阳极开路电位、，随时间的变化。结果表明现有泵轴用材多处异金属接触使用，与，铸铁，，镀，是可行的。分析了各电偶对的电偶腐蚀倾向。对阴极效率、差异效应进行了初步讨论。一、前呀」一目心口地下热能简称地热是当前世界各国积极开发利用的新能源之一。我国蕴藏丰富的地热资源，西藏羊八井、云南腾冲、台湾大屯火山群区、北京、天津、广东、福建都有大量的地热资源。我国首都— 北京市地热资源的开发利用已有近十年的历史，在工、农、医疗卫生等多方面得到不少收益。特别在预报地震和减轻城市污染方面有着重大意义。由于其设备完全沿用冷水深井泵系统，设备遭受地热水腐蚀破坏成为严重的问题。我们对北京市东南城区地热井点进行了腐蚀调查〔 ’ 。地热水中含有多种腐蚀性成分、、溶解、十溶液值， ‘ 十、 ‘ … … 。引起金属材料的多种腐蚀形态均匀、点、缝隙、电偶、疲劳、磨蚀 · 一。本文针对现有泵轴材料多处异金属接触使用的情况，在北京轧辊厂进行了等面积比的电偶现场动态试验。现有泵轴材料为，、其接触材料有、，镀、铸铁、等。不同面积比及其他试验结果另行报导。二、试验试脸材料选择及制备试验偶对书万井飞民井娜落铸铁落黄铜笔 ‘ 货纂，试样化学成分及尺寸 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1982．03．017

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幻电化学测量参数计算结果从犷图上求得平均电偶电流了和阳极平均电偶电流密度告。计算公式如下艺、 ‘ 。号竺艺 —‘ 协少二一介二令一一铆一初为立次测量之间的时间间隔小时为总钡业次数 ’ 从至阳极面积名一井二一 “ 会一东一鑫﹃护飞… ︸一用介八。。表示材料的电偶效应。了令如上述， ” 。。，未组偶时自腐蚀电谈密度又称自。电偶效应的大小即表示了阴极效率的高低。偶前俩后用 △差表示差异效应。 △差。。，一。。，，二自一溶解一全林，式中自— 未偶时材料自腐蚀电流密度。一于博加— 组偶后阳极材料总溶解速度。心— 由电偶腐蚀宏电池引起的阳极腐蚀电流密度。 △差一组偶前、后微电池腐蚀作用大小的比较。 △差表示组佣后阳极极化结果使微电池作用减弱。 △差表示组偶后阳极极化使微电池作用增加‘ 偶前用 △保表示保护效应。 △保二。。，，一溶解二自一溶解林 “ 表列出各电化学测量参数计算值及电偶效应、差异效应、保护效应从表看出 ① 协与黄组偶其电偶效应最大，依次黄朴镀铸铁。 ‘ ② 小时后才与，镀，，铸铁的开路电位差 △ ，也显著减小。 ③ 尹一黄有正差异效应， ‘ 一出现负差异效应。钻一，件一峨价镀也出现负爱异效应 ‘ 镀。对喃明显的保护作用。 ④ ，与 ‘ ，黄，，镀组佩始终为瘫二诬 ” 与铸铁元二吸偶，，的极性多次转变。，与镀之组偶， ‘ 始终为阴极。四、讨论从，的锈层射线分析结果。， ‘ 帮助我们分析了地热体系腐蚀电池的主要反应。由于地热水中含有少量外，还有少量溶解，所以阴极去极化反应有不二纽一中性水溶液蔽二二之一干蔽二二之十 “ 十二之寻二二七匕二二匕、、，、。。峪有可能渗入金属内部阳极反应二之。 ’ 蔽二绝十二次产物获士。，不二出。一不二绝，毒二二士 ‘ 从黄锈层射线分析结果表明有，，。这是由于黄电位较正，母

Cu*离子化时标准电极电位分别为0.345伏和0.522伏！。在该介质中氢的去极化是不利的。阴极过程主要是氧的去极化，反应之一为4Cu+〔O2)溶解之2Cu,O,当溶解O,和 H,S同时存在时，则还可能有2H,S+4Cu=之2Cu2S+2H:O(对于较低O:含量)，若含 O,量较高时则有：2H:S+〔O:)裤解+2Cu之2CuS+2H,O,x射线分析结果验证了以上的理论分析[51。 2.45*一A1电偶对在110小时后发生极性转化，A1从阴极转变为阳极被加速腐蚀。可认为A1表酋原有一层纯化膜，电位较高，处于阴极，由于介质中溶解0，很少，不利于保持纯态，又有C1~的作用，使膜的稳定性变差，出现了点蚀，加之缺氧条件，纯化膜难以修复，因而A1转为活化状态、电位下降处于阳极。45￥则为阴极。45的氢超电位和氧的离子化电位都比较低，所以45对A1而言是有效的阴极。110小时以后A1的电偶腐蚀倾向越来越大。（试样上观察到表面有严重的点蚀坑）。 3.就电偶对的开路电位差而言，45￥一黄Cu的开路电位差最小，而45一2C13,45*一镀C的更大些。从热力学观点分析，开路电位差愈大应有更大的电偶推动力，也就说45*一黄C“电偶倾向应该最小，但试验表明45一黄Cu有最大的电偶电流，这验证了决定腐蚀速度的因素是电极的极化行为。如45*一2Cr13电偶对中，2Cr13易于纯化处于纯态，为阴极极化控制。阴极反应只能通过2C13纯化膜的薄弱部分进行，因此电偶电流小。45一黄Cu电偶对中黄C“表面的氧化物能够被阴极还原，形成裸露的阴极表面，这样它就提供了一个高效率的阴极表面，所以45一黄Cu电偶对的电偶电流大，电偶效应显著，在几种材料中是最有效的阴极。 4.随着试验时间的增长，45与45*镀Cr,A3铸铁2Cr13的阴。阳极电位差（△E)愈来愈小，有趋于零的倾向，随之引起ig也减少。除了因为电极表面的腐蚀产物层(F©S+ F,O。)外，还有一层附着力好，又较致密的黑色附着物，它们将与腐蚀产物共同作用，使得各电偶对阴、阳极电位都趋于-0.5伏（SCE)ig减少。这可能是它的阻力极化的结果。 5.从表3得到45#一黄Cu电偶对出现正差异效应，45*总的阳极溶解电流增加了，而 45的微电池腐蚀作用减少了。根据电极过程动力学，金属阳极极化后，自腐蚀速度应该下降。45一A1出现负差异效应是因为A1的纯化膜被破坏后得不到修补，导致自腐蚀速度剧烈增加。其电位下降A1就由阴极转化为阳极，阳极极化的结果进一步加剧腐蚀，出现了负差异效应[1.45*一2Cr13和45*一镀Cr出现负差异效应的原因，可能因为45*在此介质中阳极极化，除了阳极溶解外，还有未溶的金属粉尘状粒子脱落，如果还依靠金属试样的失重来计算腐蚀速度，就会得到过大的自然腐蚀速度数据，因而出现负差异效应。由于我们未进行溶液成分分析，不能肯定原因。五、结论 1.北京轧辊厂地热水（48°±0.5℃)该试验条件下45一2Cr13组偶，电偶效应为 8.3%,45#一45*镀Cr组偶电偶效应为12%，45一A3组偶，电偶效应为3.45%，45#一铸铁组偶，电偶效应为2.9%。因此我们认为目前地热井泵轴材料的异金属接触使用(45与 2Cr13铸铁，45*镀Cr,As)是可行的。 2.45与A1电偶对在110小时发生极性转化，A1作为泵轴的保护性涂层是不适的。 3.45与45镀Cr,A3,2C「13，铸铁电偶对在该介质中随试验时间的增长，开路电 164

汁离子化时标准电极电位分别为。伏和。伏 ‘ 】。在该介质中氢的去极化是不利的。阴极过程主要是氧的去极化，反应之一为〔〕溶解不二全，当溶解和同时存在时，则还可能有二七对于较低含最，若含较高时则有〔〕溶解不之，射线分析结果验证以上的理论分析引。，一电偶对在小时后发生极性转化，从阴极转变为阳极被加速腐蚀。可认为人表菌原有一层纯化膜，电位较高，处于阴极，由于介质中溶用阵很少，不利于保持纯态，又有一的作用，使膜的稳定性变差，出现了点蚀，加之缺氧条件，纯化膜难以修复，因而转为活化状态、电位下降处于阳极。，则为阴极。，的氢超电位和氧的离子化电位都比较低，所以，对而言是有效的阴极。。小时以后的电偶腐蚀倾向越来越大。试样上观察到表面有严重的点蚀坑。就电偶对的开路电位差而言，，一黄。的开路电位差最小，而 ’ 一，，一镀的更大些。从热力学观点分析，开路电位差愈大应有更大的电偶推动力，也就说一黄电偶倾向应该最小，但试验表明，一黄有最大的电偶电流，这验证了决定腐蚀速度的因素是电极的极化行为。如，一电偶对中，易于纯化处于纯态，为阴极极化控制。阴极反应只能通过纯化膜的薄弱部分进行，因此电偶电流小。，一黄电偶对中黄表面的氧化物能够被阴极还原，形成裸露的阴极表面，这样它就提供了一个高效率的阴极表面，所以，一黄电偶对的电偶电流大，电偶效应显著，在几种材料中是最有效的阴极。随着试验时间的增长，，与，镀，铸铁的阴。阳极电位差 △ 愈来愈小，有趋于零的倾向，随之引起也减少。除了因为电极表面的腐蚀产物层外，还有一层附着力好，又较致密的黑色附着物，它们将与鹿蚀产物共同作用，使得各电偶对阴、阳极电位都趋于一伏减少。这可能是它的阻力极化的结果。从表得到，一黄电偶对出现正差异效应，，总的阳极溶解电流增加了，而，的微电池腐蚀作用减少了。根据电极过程动力学，金属阳极极化后，自腐蚀速度应该下降。，一出现负差异效应是因为的纯化膜被破坏后得不到修补，导致自腐蚀速度剧烈增加。其电位下降就由阴极转化为阳极，阳极极化的结果进一步加剧腐蚀，出现了负差异效应】。 ’ 一和，一镀出现负差异效应的原因，可能因为在此介质中阳极极化，除了阳极溶解外，还有未溶的金属粉尘状粒子脱落，如果还依靠金属试样的失重来计算腐蚀速度，就会得到过大的自然腐蚀速度数据，因而出现负差异效应。由于我们未进行溶液成分分析，不能肯定原因。五、结论北京轧辊厂地热水。士 ℃ 该试验条件下一组偶，电偶效应为，移一游镀组偶电偶效应为，，一组偶，电偶效应为，护一铸铁组偶，电偶效应为。因此我们认为目前地热井泵轴材料的异金属接触使用，与铸铁，孚镀，是可行的。称与电偶对在小时发生极性转化，作为泵轴的保护性涂层是不适的。与 ‘ 镀，，，铸铁电偶对在该介质中随试验时间的增长，开路电

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