第4期 朱敏等：纯铜和电镀铜包钢在大港土壤中的初期腐蚀行为 ·457· 钢的腐蚀形貌发现有大量的点蚀坑存在.上述分析 3 讨论 表明纯铜和电镀铜包钢表面铜层的形貌特征在很大 从实验室的实土埋样实验、极化曲线和电化学 程度上影响了其腐蚀行为及机制. 交流阻抗谱测试结果可知，在大港实土环境中埋样 30d后，纯铜和电镀铜包钢的平均腐蚀速率V、腐蚀 4结论 电流密度Im值和电荷转移电阻R值均很接近，表 (1)实验室的实土埋样实验结果及埋样后30d 明两者在大港土壤环境中埋样30d的耐土壤腐蚀 的极化曲线测试结果均表明，在腐蚀的初期阶段，纯 性能接近，而纯铜的耐土壤腐蚀性能略好 铜的平均腐蚀速率略低于电镀铜包钢. 由纯铜和电镀铜包钢的电化学交流阻抗谱的形 (2)在大港土壤中埋样30d后的交流阻抗谱 状及其拟合等效电路可知：纯铜的交流阻抗谱均由 的测试结果表明：两者的电荷转移电阻R值近乎相 高频的容抗弧和低频的半无限扩散层Warburg阻抗 等，纯铜的R值略大，表明在腐蚀的初期阶段，纯铜 构成，且其电荷转移电阻R随时间延长变化不大： 的耐土壤腐蚀性能相比电镀铜包钢的略好：纯铜和 而电镀铜包钢的交流阻抗谱则显示只有一个容抗弧 电镀铜包钢的腐蚀机制存在一定的差异，纯铜的腐 的存在，且其电荷转移电阻R,值随埋样时间的增加 蚀行为受扩散控制的影响较大 而减小.这表明纯铜和电镀铜包钢在大港土壤中的 腐蚀机制存在着一定的差异 参考文献 大港土壤中含有较高含量的Cˉ，相关文 献02-14]表明铜在活性区的溶解机制为： [Zhou P P,Wang S,Li ZZ,et al.Review of corrosion resistant metals for grounding.Electr Power Constr,2010,31(8):51 Cu Cl-=CuClcd, (1) (周佩朋，王森，李志忠，等。耐蚀性金属接地材料研究综述 CuCla +Cl=(CuCl2)srace +e, (2) 电力建设，2010,31(8)：51) (CuCl）atae—→(CuCl）olution· (3) 2]Li J L.Practical Electrical Grounding Technology.Beijing:China Electric Power Press,2002:195 步骤(1)为C在铜表面上的特性吸附，步骤 (李景禄.实用电力接地技术.北京：中国电力出版社，2002： (2)为快速的电化学反应步骤，步骤(3)为CuCl络 195) 合离子从电极表面向土壤溶液的扩散.从图3和表 ⊙ Yang D W,Li J L.Analysis on corrosion and anti-corrosion meas- 1可知，Cl元素参与了腐蚀电化学反应过程.这进 ure of substation grounding device.Insul Surge Arresters,2004 一步验证了铜在活性区的溶解过程中确有C1元素 (2):43 (杨道武，李景禄.发电厂变电所接地装置的腐蚀及防腐蚀措 的参与 施.电瓷避雷器，2004(2)：43) 纯铜和电镀铜包钢在大港土壤中的腐蚀机制的 4 Weng Y F.Analysis of grounding connection cauterization and the 差异可能与纯铜和电镀铜包钢表面铜层的组织形貌 suggestions for material selection.Zhejiang Electr Power,2003 有关.电镀铜包钢表面铜层凹凸不平，且凹处有少 (4):54 量的小裂纹存在，这一形貌特征为侵蚀性溶液离子 (翁羽丰.接地装置腐蚀分析及材料选用建议.浙江电力， (如C~)吸附并渗入到金属基体而发生电化学反应 2003(4):54) [5] Li Y Q.Analysis of Corrosion Beharior of Common Grounding Elec- 创造了条件，从而导致电镀铜包钢不断发生腐蚀. trode Materials DDissertation].Beijing:University of Science and 纯铜的组织比电镀铜包钢较致密，无小裂纹出现，这 Technology Beijing,2010:11 有利于阻止溶液离子快速渗入到金属表面，从而保 (李月强.常用接地电极材料的腐蚀行为研究[学位论文]， 持了较为稳定的耐土壤腐蚀性能.纯铜和电镀铜包 北京：北京科技大学，2010：11) 钢在大港土壤环境中的腐蚀形貌的差异也反映了两 Liu B J.Corrosion of Materials and Its Control.Beijing:Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,1989:96 者在腐蚀机制方面的差异，电镀铜包钢表面铜层的 (刘宝俊.材料的腐蚀及其控制.北京：北京航空航天大学出 形貌特征为CIˉ在铜表面的快速吸附提供了条件， 版社，1989：96) 因此相比纯铜，其电化学反应步骤CuCl+Cl= ] Ministry of Metallurgical Industry,People's Republic of China (CuCL,）uice+eˉ受Cl~在土壤溶液介质中的扩散 GB/T 16545-1996 Remoral of Corrosion Products from Corrosion 传输影响较小，反映在其拟合等效电路中无War- Test Specimens of Metals and Alloys.Beijing:National Quality Su- pervision Press,1996 burg阻抗的出现.Clˉ的吸附使得界面处的Clˉ浓 (中华人民共和国治金工业部.GB/T16545一1996金属和合 度升高，在铜表面的部分区域，C会积聚，导致该 金的腐蚀试样上腐蚀产物的清除.北京：国家技术监督局出版 区域阳极溶解加速，形成点蚀坑的，因而电镀铜包 社，1996)第 4 期 朱 敏等: 纯铜和电镀铜包钢在大港土壤中的初期腐蚀行为 3 讨论 从实验室的实土埋样实验、极化曲线和电化学 交流阻抗谱测试结果可知，在大港实土环境中埋样 30 d 后，纯铜和电镀铜包钢的平均腐蚀速率 V、腐蚀 电流密度 Icorr值和电荷转移电阻 Ｒt值均很接近，表 明两者在大港土壤环境中埋样 30 d 的耐土壤腐蚀 性能接近，而纯铜的耐土壤腐蚀性能略好． 由纯铜和电镀铜包钢的电化学交流阻抗谱的形 状及其拟合等效电路可知: 纯铜的交流阻抗谱均由 高频的容抗弧和低频的半无限扩散层 Warburg 阻抗 构成，且其电荷转移电阻 Ｒt 随时间延长变化不大; 而电镀铜包钢的交流阻抗谱则显示只有一个容抗弧 的存在，且其电荷转移电阻 Ｒt值随埋样时间的增加 而减小． 这表明纯铜和电镀铜包钢在大港土壤中的 腐蚀机制存在着一定的差异． 大港土壤中含有较高含量的 Cl － ，相 关 文 献［12 － 14］表明铜在活性区的溶解机制为: Cu + Cl 幑幐 － CuCl － ads， ( 1) CuCl － ads + Cl 幑幐 － ( CuCl － 2 ) surface + e － ， ( 2) ( CuCl － 2 ) surface → ( CuCl － 2 ) solution ． ( 3) 步骤( 1) 为 Cl － 在铜表面上的特性吸附，步骤 ( 2) 为快速的电化学反应步骤，步骤( 3) 为 CuCl － 2 络 合离子从电极表面向土壤溶液的扩散． 从图 3 和表 1 可知，Cl 元素参与了腐蚀电化学反应过程． 这进 一步验证了铜在活性区的溶解过程中确有 Cl 元素 的参与． 纯铜和电镀铜包钢在大港土壤中的腐蚀机制的 差异可能与纯铜和电镀铜包钢表面铜层的组织形貌 有关． 电镀铜包钢表面铜层凹凸不平，且凹处有少 量的小裂纹存在，这一形貌特征为侵蚀性溶液离子 ( 如 Cl － ) 吸附并渗入到金属基体而发生电化学反应 创造了条件，从而导致电镀铜包钢不断发生腐蚀． 纯铜的组织比电镀铜包钢较致密，无小裂纹出现，这 有利于阻止溶液离子快速渗入到金属表面，从而保 持了较为稳定的耐土壤腐蚀性能． 纯铜和电镀铜包 钢在大港土壤环境中的腐蚀形貌的差异也反映了两 者在腐蚀机制方面的差异，电镀铜包钢表面铜层的 形貌特征为 Cl － 在铜表面的快速吸附提供了条件， 因此相比纯铜，其电化学反应步骤 CuCl － ads + Cl － = ( CuCl － 2 ) surface + e － 受 Cl － 在土壤溶液介质中的扩散 传输影响较小，反映在其拟合等效电路中无 War￾burg 阻抗的出现． Cl － 的吸附使得界面处的 Cl － 浓 度升高，在铜表面的部分区域，Cl － 会积聚，导致该 区域阳极溶解加速，形成点蚀坑［15］，因而电镀铜包 钢的腐蚀形貌发现有大量的点蚀坑存在． 上述分析 表明纯铜和电镀铜包钢表面铜层的形貌特征在很大 程度上影响了其腐蚀行为及机制． 4 结论 ( 1) 实验室的实土埋样实验结果及埋样后 30 d 的极化曲线测试结果均表明，在腐蚀的初期阶段，纯 铜的平均腐蚀速率略低于电镀铜包钢． ( 2) 在大港土壤中埋样 30 d 后的交流阻抗谱 的测试结果表明: 两者的电荷转移电阻 Ｒt值近乎相 等，纯铜的 Ｒt值略大，表明在腐蚀的初期阶段，纯铜 的耐土壤腐蚀性能相比电镀铜包钢的略好; 纯铜和 电镀铜包钢的腐蚀机制存在一定的差异，纯铜的腐 蚀行为受扩散控制的影响较大． 参 考 文 献 ［1］ Zhou P P，Wang S，Li Z Z，et al． Ｒeview of corrosion resistant metals for grounding． Electr Power Constr，2010，31( 8) : 51 ( 周佩朋，王森，李志忠，等． 耐蚀性金属接地材料研究综述． 电力建设，2010，31( 8) : 51) ［2］ Li J L． Practical Electrical Grounding Technology． Beijing: China Electric Power Press，2002: 195 ( 李景禄． 实用电力接地技术． 北京: 中国电力出版社，2002: 195) ［3］ Yang D W，Li J L． Analysis on corrosion and anti-corrosion meas￾ure of substation grounding device． Insul Surge Arresters，2004 ( 2) : 43 ( 杨道武，李景禄． 发电厂变电所接地装置的腐蚀及防腐蚀措 施． 电瓷避雷器，2004( 2) : 43) ［4］ Weng Y F． Analysis of grounding connection cauterization and the suggestions for material selection． Zhejiang Electr Power，2003 ( 4) : 54 ( 翁羽丰． 接地装置腐蚀分析及材料选用建议． 浙江电力， 2003( 4) : 54) ［5］ Li Y Q． Analysis of Corrosion Behavior of Common Grounding Elec￾trode Materials［Dissertation］． Beijing: University of Science and Technology Beijing，2010: 11 ( 李月强． 常用接地电极材料的腐蚀行为研究［学位论文］． 北京: 北京科技大学，2010: 11) ［6］ Liu B J． Corrosion of Materials and Its Control． Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press，1989: 96 ( 刘宝俊． 材料的腐蚀及其控制． 北京: 北京航空航天大学出 版社，1989: 96) ［7］ Ministry of Metallurgical Industry，People’s Ｒepublic of China． GB /T 16545—1996 Ｒemoval of Corrosion Products from Corrosion Test Specimens of Metals and Alloys． Beijing: National Quality Su￾pervision Press，1996 ( 中华人民共和国冶金工业部． GB /T 16545—1996 金属和合 金的腐蚀试样上腐蚀产物的清除． 北京: 国家技术监督局出版 社，1996) ·457·