WBE技术研究水线区破损涂层的剥离机制-Ⅱ

应用阵列电极(WBE)联合电化学阻抗谱(EIS)技术,研究了气/液界面水线处破损涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的水线区破损涂层剥离行为。对比涂层剥离过程的腐蚀电流密度和阻抗谱分布行为,探讨了破损涂层在水线区的剥离机制。结果表明,涂层破损区和固有缺陷区均能够加速附近涂层阴极剥离过程。水线区破损涂层剥离行为特征为,破损区和固有缺陷区附近涂层首先发生阴极剥离,进而向外部涂层/金属界面扩展。此外,研究发现,破损区位于水线上方和下方时,其推动阴极剥离能力不同,即,加速水线下方涂层剥离作用弱于水线上方区域,致使水线及水线上方涂层剥离速率明显大于水线下涂层剥离速率。其原因显然与阴极剥离区溶解氧含量有关,即富氧区阴极剥离扩展速率大于乏氧区阴极剥离速率。     

交流杂散电流对涂覆3PE涂层的X70钢腐蚀及涂层剥离行为影响规律研究

基于电化学测试及金相显微镜等先进技术手段,研究了交流杂散电流对X70钢在3PE涂层缺陷处腐蚀及涂层剥离行为的影响。研究结果表明:随着电流密度的增大,X70钢遭受腐蚀的程度逐渐加剧。不同涂层缺陷面积的试样呈现出不同的电化学阻抗谱变化规律。小尺寸缺陷涂层试样的涂层阻抗与交流电流密度呈反比关系,大尺寸缺陷涂层试样的阻抗与交流电流密度呈正比关系。同等电流密度条件下,在小尺寸缺陷涂层试样上,缺陷处涂层剥离面积较大。涂层缺陷较小时,杂散电流导致的涂层剥离更加严重,对油气管道造成的危害更大,影响油气管道涂层缺陷和剥离检测结果和安全评估。     

结合WBE与EIS技术研究环氧涂层下碳钢与铜合金在海水中的电偶腐蚀

目的 研究环氧涂层下碳钢与铜合金在海水中的电偶腐蚀行为及涂层整体和局部区域的劣化过程。方法 使用丝束电极（WBE）技术和电化学阻抗谱（EIS）技术研究丝束电极表面的电流密度分布和涂层阻抗谱演化,同时对比分析碳钢区域与铜合金区域涂层的阻抗谱特征。结果 阳极电流峰首先出现在碳钢局部区域,而电流密度较大的阴极电流峰主要集中出现在铜合金区域的边缘。当浸泡至122 h时,铜合金区域的涂层阻抗明显低于碳钢区域的涂层阻抗,且EIS响应出现了Warburg扩散阻抗特征。在浸泡456 h后,单根钢电极发生由阴极向阳极的极性转换。结论 涂层下碳钢与铜合金在海水中发生电偶腐蚀时,铜合金作为阴极被保护,但铜合金区域的涂层在阴极剥离的作用下加速劣化。在涂层劣化过程中,碳钢区域的涂层缺陷处成为腐蚀反应的阳极区,而主要的阴极区位于铜合金的边缘区域,这与溶解氧的“竞争效应”有关。由于涂层发生阴极剥离现象使得基底金属被腐蚀,从而导致涂层下单根钢电极的电流发生由阴极向阳极的极性转换。     

析氢对钢表面涂层缺陷破坏过程的交流阻抗谱特征

研究了在过保护电位作用下钢表面析氢作用对改性沥青涂层缺陷的破坏;并根据析氢电流变化,将破坏过程分为三阶段,研究了每阶段表面阻抗谱特征.结果表明,当析氢电流明显增大,相应阻抗图出现双容抗弧时,缺陷周围开始形成微观剥离;在-1.20 V、-1.37 V 和-3.07 V(均为CSE)电位作用下,双容抗弧出现时间分别为：55天未发现、8天和0.5天;对-3.07 V下、30天的涂层缺陷观察证实了宏观剥离行为的存在.     

大块涂层缺陷对碳钢腐蚀特性及阴极保护效果的影响

采用了环氧煤沥青作为涂层材料，研究了大块涂层缺陷对碳钢腐蚀特性及阴极保护效果的影响，测定了具有面积比例为4．91％大块涂层缺陷的Q235钢于3．5％NaCl水溶液中的交流阻抗谱．结果表明，随着浸泡时间的延长，在自然腐蚀电位下，存在剥离涂层缺陷时碳钢的腐蚀程度高于破损涂层缺陷时碳钢的腐蚀程度；在阴极极化条件下，具有剥离涂层缺陷的碳钢阴极保护效果随时间延长逐渐降低直至最后消失，而具有破损涂层缺陷时阴极保护效果随时间延长优于剥离涂层缺陷；电解质溶液向涂层内部的渗透以及涂层缺陷与钢基体间的缝隙腐蚀是导致具有大块涂层缺陷碳钢腐蚀的主要原因．     

WBE技术研究水线区Q235碳钢腐蚀

应用阵列电极技术研究了Q235碳钢在3.5%NaCl溶液中的电流分布,并根据电流分布变化过程探究了腐蚀机理。结果表明,浸泡起始阶段,自水线向下,阳极电流呈逐渐增大趋势,表现出宏观氧浓差电池的特征,但此时阴极与阳极电流交叉分布。水线腐蚀发展阶段,形成了以水线附近为阴极,水线下为阳极的氧浓差电池。水线上阴极反应速率的不断增加,推动水线下金属腐蚀由水线下逐渐向水线处扩展,加速了整个金属的腐蚀反应速率。水线腐蚀稳定阶段,水线上成为电极表面主要的阴极反应区域,腐蚀速率处于稳定状态。阵列电极测量技术可以提供整个水线区的电流分布及其变化信息,弥补了传统片状电极的不足,为水线腐蚀研究提供了有效的技术手段。     

干湿交替土壤环境中剥离涂层管线钢阴极保护有效性

基于长输管线三层聚乙烯(3PE)防腐层失粘剥离的现场调查情况,构建剥离防腐层下管道腐蚀模拟实验装置,研究干湿交替工况剥离防腐层下管道的阴极保护电流和电位分布、阴极保护有效距离及屏蔽区管线的腐蚀行为。结果表明,带破损点涂层剥离区内阴极保护电位梯度和保护电流主要集中在破损点区域,而缝隙深处管体处于自腐蚀状态;随干湿循环次数的增多,破损点至缝隙内45 mm处稳定后的局部电位逐渐负移;剥离间隙1 mm情况下,有效保护距离仅数厘米。     

酸性土壤中破损防腐层下X80管线钢的应力腐蚀行为

设计加载阵列电极应力腐蚀实验装置,针对我国典型的华南酸性红壤环境,研究高强度低合金(HSLA)X80管线钢在破损防腐层(涂层)模拟缝隙下的应力腐蚀开裂(SCC)行为及影响因素,采用电化学阻抗谱(EIS)监测加载电极的腐蚀电化学过程,利用微电极监测防腐层剥离区局部电位和p H值变化,探讨破损涂层下HSLA管线钢SCC行为和规律.结果表明,防腐层开放破损(漏点)处管线钢发生严重腐蚀:不受力试样表面以阳极溶解占主导的均匀腐蚀为主,而拉伸试样表面出现大量微裂纹和点蚀坑,且沿试样划痕优先生长;封闭的剥离区内部管线钢的腐蚀程度显著减缓.同时,对涂层破损点及剥离区深处管线钢的腐蚀现象和过程进行了讨论.     

环氧纳米粉末涂层现场应用评价与缓蚀剂技术研究

目的研究一种环氧纳米粉末涂层在新疆某油田的适用性与缓蚀剂技术。方法利用高温高压釜模拟涂层在新疆某油田三种典型工况条件,结合腐蚀失重法以及结合力测试、阴极剥离、扫描电子显微电镜、交流阻抗等手段,分析环氧纳米粉末涂层腐蚀后的形态及其与基体的结合度,对其服役寿命进行预测,并研究缓蚀剂添加对未涂覆、破损和完整三种涂层状态下试样腐蚀行为的影响。结果环氧纳米粉末涂层在三种典型环境中未出现鼓泡和开裂现象,且与基体结合较好。环氧纳米粉末涂层的阴极剥离半径小于5 mm,由阴极剥离半径和阻抗值所预测的寿命分别为883d和740d。破损涂层的均匀腐蚀和点蚀速率分别为0.6172 mm/a和1.5720 mm/a,而完整涂层的腐蚀速率仅为0.0029 mm/a,破损涂层阻抗值与完整涂层的阻抗值相差103倍。微量的缓蚀剂添加可降低无涂层和破损涂层试样的腐蚀速率1个数量级,其缓蚀效率分别高达91.05%和92.75%。结论环氧纳米粉末涂层在三种典型腐蚀环境中具有好的耐蚀性能,抗剥离能力也较好,阴极剥离半径与阻抗值两种方法所预测的寿命基本一致。然而涂层一旦破损,腐蚀较为严重,尤其是点蚀,微量缓蚀剂的添加可实现不同防护技术间的优势互补。     

剥离涂层下L245管线钢不同缝隙深度处的腐蚀行为

通过电化学测试和宏观形貌分析,研究了剥离涂层下机坪管道用L245管线钢在不同缝隙深度处的腐蚀行为。结果表明：剥离涂层下不同位置L245钢电极自腐蚀电位的大小与缝隙深度有关;距破损点90 mm处钢电极腐蚀速率有先下降后回升而后再下降的显著变化,并且出现了warburg阻抗扩散弧和明显的弥散效应,是该腐蚀体系下缝隙腐蚀最明显的一个点;距破损点90 mm处钢电极表面腐蚀产物层有明显裂纹,150 mm处钢电极表面点蚀情况突出;涂层剥离会造成L245管线钢缝隙腐蚀,在机坪管道防护中应引起重视。     

氧化锌负载罗丹明B酰肼掺杂环氧复合涂层的制备及其耐蚀性

采用水热法合成了氧化锌(ZHM)中空微米球,通过浸渍法得到负载罗丹明B酰肼(RHBH)的氧化锌微球(ZHM-RHBH),采用红外光谱(FT-IR)对其结构进行表征。将ZHM-RHBH掺杂到环氧树脂中,在Q235碳钢基体上制备功能涂层,利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)考察了ZHM-RHBH对涂层缺陷处金属腐蚀的作用。结果表明,掺杂于涂层中的ZHM-RHBH不仅能够通过荧光响应指示涂层缺陷还可以抑制涂层缺陷处的腐蚀。     

饮用水水质对缺陷涂层腐蚀行为的影响

目的研究带缺陷环氧富锌涂层在不同水质的饮用水模拟溶液中的腐蚀机理,为饮用水输水管内壁涂层的选用提供建议。方法采用电化学阻抗谱(EIS)研究涂层浸泡过程中的电化学行为,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪和拉曼光谱对腐蚀产物的形貌和成分进行分析。结果在含Ca2+较多的溶液中,缺陷处形成了致密的水垢,并在水垢附近形成了双层锈结构;在含Ca2+较少的溶液中,垢的生长受到限制,缺陷处布满黄锈,并且起泡现象严重。结论涂层在硬度较小的溶液中具有更好的抗渗性;而在硬度较大的溶液中更容易形成粗大而紧密堆积的碳酸钙柱状晶,覆盖在缺陷处形成水垢,阻碍涂层的阴极剥离和阴极起泡过程。对于输送软水的饮用水管道,内壁涂层的防划伤是关键;对于输送硬水的饮用水管道,内壁涂层的抗渗能力是关键。     

涂层局部破损环氧涂层/碳钢体系干湿循环腐蚀行为

通过设计模拟腐蚀环境电解池,利用电化学阻抗谱、扫描电镜和傅立叶红外光谱分析,研究处于3%(质量分数)Na Cl电解质膜下环氧涂层/碳钢体系的干湿循环腐蚀行为。结果表明,涂层破损区域的表面裸露碳钢在第4次干湿循环的腐蚀速率达到最大,然后腐蚀速率随干湿循环呈降低趋势。而涂层下碳钢的腐蚀速率在第6个干湿循环达到最大,之后逐渐降低并趋于稳定。涂层下碳钢和裸露碳钢表面由于氧扩散差异,导致形成氧浓差电池,使处于敞开液膜下的裸露碳钢成为阳极,其腐蚀速率总是高于涂层下碳钢。由于离子定向迁移或扩散的作用,导致裸露碳钢的中心区域至其边缘腐蚀产物为多层阶梯状分布,而涂层下基体金属腐蚀形貌呈波纹状。     

改性环氧防腐涂层在模拟深海高压环境的失效行为

采用海水压力罐模拟深海高压环境,利用电化学阻抗谱(EIS)、三维视频显微镜和扫描电子显微镜(SEM)等手段,对比研究了改性环氧防腐涂层在常压海水环境和模拟深海高压环境(6 MPa海水压力)下的失效行为。结果表明,试样在深海高压环境下浸泡30 d后,涂层阻抗已降低到105Ω·cm~2;而常压环境下,涂层阻抗仅降低到108Ω·cm~2,深海高压环境促使涂层更快地吸水达到饱和状态,高压环境导致涂层下的金属腐蚀活性面积不断增大,基体金属腐蚀速率不断增加。SEM观察表明,高压导致环氧防腐涂层中的颜填料发生脱附,使涂层/金属基体界面弱化,腐蚀活性表面积增大,从而导致涂层破损和基体腐蚀。     

缺陷缠带防护层下碳钢的电化学行为

采用电流阶跃技术和电化学阻抗谱(EIS)方法研究聚烯烃缠 带防护层(Polyolefin Tape Protective Coating)的破损以及其与基体金属粘结力.提出用 阻值比系数K判断防护层缺陷状况.结果表明在破损孔存在条件下,防护层很容易从金 属基体剥落,失去防护作用.     

酸性土壤环境中剥离涂层下X80钢应力腐蚀行为及机理

目的研究酸性土壤环境中剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀行为及机理。方法采用电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验和腐蚀形貌扫描电子显微镜观察,对服役于鹰潭土壤环境的X80管线钢在剥离涂层下滞留液中的应力腐蚀行为及机理进行了分析研究。结果 X80管线钢在剥离涂层下的滞留液中具有一定的SCC敏感性,应力腐蚀开裂类型属于TGSCC,敏感性较大位置为近漏点处、剥离区中下部及剥离区底部,且近漏点处滞留液体系中X80钢的SCC机理受阳极溶解(AD)机制控制,剥离区底部滞留液中SCC机理受阳极溶解+氢脆(AD+HE)的混合机制控制。结论服役于酸性土壤中的X80管线钢在外防腐涂层破损后,除开放破损处将发生腐蚀外,剥离涂层下的管线钢还会存在一定的应力腐蚀敏感性。     

交流杂散电流作用下X80涂层钢的腐蚀行为研究

采用电化学阻抗谱技术(EIS)和三维体式显微镜对在不同交流电密度(0A/m~2、50A/m~2、100A/m~2、300A/m~2)下具有涂层缺陷的X80钢在质量分数为3.5%的NaCl溶液中腐蚀行为进行研究。结果表明:较低交流电密度(0~100A/m~2)作用下涂层试样阻抗值一直减小,腐蚀坑深较浅;当电流密度增加大到300A/m~2时,涂层试样阻抗值先减小再增大,最后减小,腐蚀坑深度和宽度变大,涂层产生较明显剥离。     

交流杂散电流对X70管线钢3PE防腐层下腐蚀及剥离行为的影响

目的 明确交流杂散电流对埋地管线防腐层剥离和破损处防腐层下腐蚀的影响规律及其导致防腐层剥离的作用机理。方法 通过基于COMSOL Multiphysics有限元仿真、交流阻抗谱分析及三维体式显微镜观测等方法,研究在格尔木土壤模拟溶液中,交流杂散电流干扰下,X70钢表面3PE防腐层剥离处的防腐层下腐蚀及剥离机理。结果 由于防腐层破损点和剥离区域的存在,使得防腐层的防护性能明显降低,交流杂散电流在初始预留剥离处的X70钢表面呈不均匀分布,破损点处所分布电流密度明显高于剥离区边缘处。杂散电流引起的腐蚀反应主要集中在防腐层破损点处,而处于预留剥离区域下方的X70钢表现出缝隙腐蚀的现象。防腐层破损点处的腐蚀坑深度随电流密度的增加而逐渐变深,而当交流电流密度由0 A/m2增加到100 A/m2时,防腐层剥离面积明显增大,此后,当电流密度继续增大,剥离面积基本保持不变。当施加的交流电流密度相同时,随着防腐层剥离面积的减小,杂散电流造成的防腐层剥离面积增大,X70钢试样上的最大腐蚀坑略微加深。结论 造成防腐层剥离的交流杂散电流存在临界电流密度值,使得防腐层剥离面积达到最大且之后保持不变。防腐层初始剥离面积较小时,交流电所造成的X70钢腐蚀及防腐层剥离行为更为严重。     

交流干扰对剥离涂层下管线钢腐蚀行为的影响

采用电化学试验和腐蚀形貌观察研究了交流干扰对剥离涂层下X80钢腐蚀行为的影响。结果表明:无交流干扰时,随着试验时间的延长,只有涂层破损点处及距离破损点4cm处试样的自腐蚀电位出现了小幅波动,而远离破损点处试样的自腐蚀电位变化很小,基本处于稳定状态;腐蚀电流密度均有逐渐增大的趋势,且破损点处试样的腐蚀电流密度远远高于其他位置的。施加交流干扰后,随着交流干扰电压的增大,缝隙内金属的自腐蚀电位均有负移的趋势,且离破损点越近,试样的自腐蚀电位受交流干扰的影响越大,缝隙内各点试样的腐蚀电流密度均先减小后增大,破损点处试样的腐蚀电流密度变化较大。交流干扰增加了剥离涂层下试样的腐蚀倾向性及腐蚀速率,且破损点处试样的腐蚀速率受其影响较大,腐蚀形态为局部腐蚀。     

阴极保护电位对破损环氧涂层阴极剥离的影响

采用电化学阻抗技术(EIS),并结合SEM,EDS和XRD研究了室温、静态模拟海水中不同保护电位对海洋平台研制钢在模拟海水中防腐涂料与阴极保护联合作用效果以及对破损环氧防腐涂层的阴极剥离机理。结果表明:在本实验选择的保护电位中,随着电位的负移,涂层剥离面积逐渐增大。-750 mV (vs SCE,下同)保护电位对于破损涂层的金属基体欠保护。-1050 mV电位极化下发生严重的析氢现象,破坏了钙质沉积层的完整性,界面碱化程度较大,涂层剥离面积最大;-850和-950 mV保护电位均能抑制破损处金属的腐蚀;-950 mV保护电位下生成的CaCO_3和Mg(OH)_2钙质沉积层完整致密,保护效果最佳。