随着国民经济的快速发展，我国电力能源工业、高压电力设备以及电气化铁路运输系统等都发展迅猛，而由此产生的交流杂散电流对埋地金属管道的腐蚀也越来越严重[1-4]。在工程实际中，对于邻近高压输电线路或者是电气化铁路的埋地金属管道[5]，当管道防腐蚀层形成具有破损点的开放的剥离区时[6-8]，剥离涂层下的金属基体有可能会受交流杂散电流干扰，剥离涂层下的管道很快就会发生腐蚀穿孔，这不仅影响管道的正常运行，还会带来巨大的经济损失。但在交流杂散电流存在的条件下，对于剥离涂层下的金属腐蚀行为目前还没有明确的结论[9-10]。因此，本工作搭建剥离涂层下金属发生腐蚀的矩形缝隙装置，通过电化学方法分析了交流杂散电流作用下剥离缝隙内金属的极化曲线特征和电化学阻抗谱特征，研究其腐蚀行为以及腐蚀规律，以期为管线钢在土壤环境中的安全运行和长期服役提供理论支撑。

1 试验

1.1 试验装置

试验装置如图1所示，剥离涂层由两块尺寸均为30 cm×10 cm×0.5 cm的环氧树脂板和有机玻璃板组成，两者之间通过放置厚度为0.5 mm的垫片来模拟剥离缝隙厚度；在靠近有机玻璃板一端钻1个直径为1 cm的圆形孔模拟涂层破损点，在破损点上部设置一个内部装有土壤模拟溶液的有机玻璃盒，在距破损点4 cm(剥离深度为4 cm)，8 cm(剥离深度为8 cm)，12 cm(剥离深度为12 cm)，16 cm(剥离深度为16 cm)处分别钻直径为0.5 cm的圆形孔作为电化学参数测试点，在测试点处均设置一个针管，以便测试时用于放置参比电极和辅助电极；工作电极分别设置在环氧树脂板上对应的破损点和每个测试点处，用于模拟剥离管道涂层下的金属基体；在靠近有机玻璃板两端处分别钻直径为0.5 cm的圆形孔，放置碳棒施加交流干扰。

1. 有机玻璃盒；2. 土壤模拟溶液；3. 带盐桥的饱和甘汞 电极；4. 辅助阳极；5. 导线；6. 缝隙空间；7. 螺栓；8. 工作 电极；9. 电压表；10. 杂散电流源；11. 电化学测试仪；12. 有机玻璃板；13. 环氧树脂板；14. 涂层破损点；15. 垫片；16. 橡胶塞；17. 针管；18. 碳棒 图1 试验装置图 Fig. 1 Experimental device

1.2 试样

工作电极采用X80钢，其化学成分如表1所示；腐蚀介质采用天津某输油管道周围土壤的模拟溶液，其组成如下：0.1712gNa2SO4，0.1600gNa2CO3，0.086 5 g NaHCO3，0.512 5 g NaCl，1 L蒸馏水。

表1 X80钢化学成分 Tab. 1 The chemical composition of X80 steel %

wCwSiwMnwCrwMowNiwAlwCuwNbwTiwPbwFe0.0420.1891.5600.0280.2430.2300.0340.1530.0600.0190.005-

将工作电极制成直径为10 mm的小圆柱体，电极表面用砂纸(60～2 000号)逐级打磨至光滑且无明显痕迹，然后用丙酮洗去表面油污，再用无水乙醇洗去表面残留水及丙酮，吹干后用金相显微镜观察其表面的形貌，然后放入干燥箱中待用。

1.3 试验方法

采用图1所示装置研究交流杂散电流干扰电压分别为0，1，5，10 V时，剥离缝隙内金属的电化学腐蚀行为，试验周期为9 d，在测试时间内用电化学工作站测试其电化学阻抗谱和极化曲线，并观查缝内金属的腐蚀形貌，从而得到交流杂散电流对剥离涂层下金属腐蚀行为的影响规律。极化曲线扫描范围为-0.825～-0.525 mV，扫描速率为1 mV/s；电化学阻抗谱频率为10-2～105 Hz，幅值10 mV。电化学试验采用三电极系统，工作电极为试样，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，辅助电极为铂电极。文中电位若无特指，均相对于SEC。

④《最高人民法院关于民事诉讼证据的若干规定》第四条(八)因医疗行为引起的侵权诉讼，由医疗机构就医疗行为与损害结果之间不存在因果关系及不存在医疗过错承担举证责任。

2 结果与讨论

2.1 极化曲线

由于相同试验时间内，剥离涂层下金属基体各点在不同交流干扰下的极化曲线类似，所以测试了试验时间为5 d时,剥离涂层下金属基体各点在不同交流干扰下的极化曲线，见图4。由图4可见：对整个腐蚀体系施加交流干扰后，随着交流干扰电压的增大，剥离涂层下缝隙内金属的自腐蚀电位均有负移的趋势，距离破损点8 cm处试样的自腐蚀电位随干扰电压的增大其波动的幅度较大，而距离破损点12 cm和16 cm处试样的自腐蚀电位随交流干扰电压的增大变化不大，基本趋于稳定。这表明增大交流干扰电压后，距离破损点较近处试样的自腐蚀电位受到很大影响。由图5可见：随着交流干扰电压的增大，缝内金属各点的腐蚀电流密度均先减小后增大，破损点处金属的腐蚀电流密度变化幅度较大，说明施加交流干扰后破损点处金属的腐蚀速率受到较大影响。除破损点处试样在交流干扰为5 V和10 V时的腐蚀电流密度高于无干扰时的外，其他位置试样在交流干扰为0～5 V时的腐蚀电流密度变化不大，且远小于交流干扰为10 V时的。这是由于在缝隙内，当交流干扰电压为1～5 V时，试样发生钝化生成的钝化膜具有较好的耐蚀性，在此干扰范围内交流电场能增加金属钝化膜的厚度，从而提高了金属的耐还原溶解能力和抗点蚀能力。但随着交流干扰增大到10 V，交变电场对缝隙内金属钝性破坏程度加大，腐蚀电流密度也达到最大值，进而重新加速缝内金属的腐蚀。

由图8～10可见：交流干扰为1 V和5 V时，缝内金属表面腐蚀产物主要呈现浅灰色，金属表面除锈后仍有锈斑存在，蚀坑形状近似为圆形，且在金属表面分布较为密集；无交流干扰时，缝内金属表面腐蚀产物的颜色变深，金属表面有锈斑但蚀坑形状仍然近似为圆形且分布较为密集；当交流干扰增大到10 V时，缝隙内不同剥离深度处金属表面均呈现蜂窝状蚀坑，且金属表面腐蚀产物呈现暗黑色，特别是破损点处金属基体上出现了非常深和宽的沟壑，局部腐蚀较为严重。说明对于剥离涂层下金属的交流杂散电流腐蚀行为来说，虽然交流干扰较小时，腐蚀速率小，但是缝内金属表面的腐蚀形式仍然是局部腐蚀，且随着交流干扰的增大，局部腐蚀会越来越严重。

(a) 破损点处 (b) 4 cm (c) 8 cm

(d) 12 cm (e) 16 cm 图2 无交流干扰时，不同位置试样在试验溶液中浸泡不同时间后的极化曲线 Fig. 2 In the absence of AC interference， polarization curves of samples at different positions after immersion in test solution for different times： (a) damaged point； (b) 4 cm from the damaged point； (c) 8 cm from the damaged point； (d) 12 cm from the damaged point； (e) 16 cm from the damaged point

图3 无交流干扰时，不同位置试样腐蚀电流密度随试验时间的变化曲线 Fig. 3 In the absence of AC interference, Jcorr-t curves of samples at different positions

由图7可见：浸泡时间为5 d时，剥离缝隙内各点在不同交流干扰下的电化学阻抗谱均由单个高频容抗弧和单个低频容抗弧组成。除破损点处施加1 V交流干扰后，其容抗弧半径小于施加10 V交流干扰的；其他位置处，施加1 V和5 V交流干扰后，容抗弧半径均大于未施加和施加10 V交流干扰的，这表明剥离缝隙内金属在交流干扰电压为1 V和5 V时，耐蚀性增强。由表2可见：施加1 V和5 V交流干扰时的极化电阻均大于未施加和施加10 V交流干扰时的，此时腐蚀过程的阻力增大，剥离缝隙内金属的腐蚀速率减小。以上结论与极化曲线所得结论一致。

为了准确地分析电化学阻抗谱，本工作中的电化学阻抗谱均通过ZSimpWin软件进行拟合，用电阻R和电容C组成的电化学等效电路来表示电极过程，等效电路图如图6所示。

2.1.1 无交流干扰时剥离缝隙内X80钢的极化曲线

(a) 破损点处 (b) 距离破损点4 cm处 (c) 距离破损点8 cm处

(d) 距离破损点12 cm处 (e) 距离破损点16 cm处 图4 有交流干扰时，不同位置试样在试验溶液中浸泡5 d后的极化曲线 Fig. 4 In presence of AC interference， polarization curves of samples at different positions after immersion in test solution for 5 d： (a) damaged point； (b) 4 cm from the damaged point； (c) 8 cm from the damaged point；(d) 12 cm from the damaged point； (e) 16 cm from the damaged point

图5 浸泡时间为5 d时，不同位置试样腐蚀电流密度随交流干扰电压的变化曲线 Fig. 5 Corrosion current density vs. AC interference voltage curves of samples at different positions after immersion for 5 d

2.2 电化学阻抗谱

逆变器中各换流阀依次轮流导通，但若在换相过程中，换相未完成或换相结束后该退出的换流阀尚未恢复阻断能力时阀侧电压变为正向，就会发生换相失败。从其定义出发，当熄弧角γ小于极限熄弧角γ0时，逆变器发生换相失败[13]。以任一不对称故障为例，逆变侧换流器的实际触发及换相过程如图4所示。

图6 电化学阻抗谱等效电路图 Fig. 6 The equivalent circuit diagram for EIS

图6中，Rs为溶液电阻，Cf为在腐蚀金属表面形成的吸附膜的电容，Rf为在腐蚀金属表面形成的吸附膜的电阻，Cd为金属表面与电解质溶液间的双电层电容，Rp为极化电阻，它与法拉第过程和阳极反应有关，因此能很好地反映腐蚀，所以采用Rp来表征腐蚀速率。

但是，鲁迅觉得决不能因为自己是中国人，就可以在提名和评选上取巧。他说：“我觉得中国实在还没有可得诺贝尔赏金的人，瑞典最好是不要理我们，谁也不给。倘因为黄色脸皮人，格外优待从宽，反足以长中国人的虚荣心，以为真可与别国大作家比肩了，结果将很坏。”

2.1.2 施加交流干扰时剥离缝隙内X80钢的极化曲线

(a) 破损点处 (b) 距离破损点4 cm处 (c) 距离破损点8 cm处

(d) 距离破损点12 cm处 (e) 距离破损点16 cm处 图7 有交流干扰时，不同位置试样在试验溶液中浸泡5 d后的电化学阻抗谱 Fig. 7 In presence of AC interference， EIS of samples at different positions after immersion in test solution for 5 d:(a) damaged point； (b) 4 cm from the damaged point； (c) 8 cm from the damaged point；(d) 12 cm from the damaged point； (e) 16 cm from the damaged point

表2 有交流干扰时，不同位置试样在溶液中浸泡5 d后的极化电阻 Tab. 2 In presence of AC interference, Rp of samples at different positions after immersion in test solution for 5 d Ω

交流干扰电压/V破损点处距离破损点距离/cm48121601 497.82 205.72 701.43 018.02 878.411 873.62 645.22 999.83 207.43 174.953 366.43 236.73 207.13 014.83 284.9102 319.62 495.22 292.72 740.52 429.0

2.3 腐蚀形貌

由图2可见：无交流干扰时，在同一测试点处，随着试验时间的延长，只有涂层破损点处以及距离破损点4 cm处试样的自腐蚀电位出现了小幅波动，而远离破损点处，剥离缝隙内金属的自腐蚀电位变化不大，基本处于稳定状态。这表明涂层剥离对金属基体自腐蚀电位的影响较小，其腐蚀倾向性变化不大。由图3可见：随试验时间的延长，不同测试点处试样的腐蚀电流密度均呈现逐渐增大的趋势，腐蚀速率加快，且破损点处的腐蚀电流密度远远高于其他位置的，这是由于破损点处金属能够与空气充分接触，溶解氧含量高，金属腐蚀比较严重。试验进行到第三天时，除距离破损点16 cm处外，其他各处位置试样的腐蚀电流密度均减小，说明随着腐蚀的进行，在短时间内缝内金属表面会形成一层钝化膜，对缝内金属起到了一定的保护作用，从而减缓了金属的腐蚀，而距离破损点16 cm处所生成的钝化膜不能完全覆盖电极表面，所以其腐蚀电流密度仍呈增大趋势。在相同试验时间内，随着剥离深度的增加，试样的腐蚀电流密度逐渐减小，说明剥离缝隙内金属距离破损点越远，试样的腐蚀速率越小。这是因为对于整个腐蚀体系而言，在氧的浓度梯度作用下，溶解氧会由破损点向剥离缝隙内逐渐扩散，然而由于剥离涂层下形成的狭小闭塞区，使得该过程的进行十分困难，且氧的扩散速率远远小于其消耗速率，这也导致了缝内溶解氧逐渐耗尽，但缝隙尺寸较大没有达到自封闭区域的条件，从而导致剥离涂层深处的金属腐蚀受到抑制。

以西门子MM420变频器为例，为使S7-200 PLC与MM420变频器以USS协议通讯，需要对MM420变频器做的参数设置如下[8]：

3 结论

管道涂层在运行过程中会因机械损伤、老化降解、阴极剥离等原因而形成具有开放破损的剥离区，管线和涂层之间形成缝隙，在本试验条件下，可以得到以下结论。

(a) 0 V (b) 1 V

(c) 5 V (d) 10 V 图8 不同交流干扰条件下，破损点处试样在试验溶液中浸泡5 d后的表面形貌 Fig. 8 Surface morphology of samples at the damaged point after immersion in test solution for 5 d under different AC interference conditions

(a) 0 V (b) 1 V

(c) 5 V (d) 10 V 图9 不同交流干扰条件下，距离破损点8 cm处试样在试验溶液中浸泡5 d后的表面形貌 Fig. 9 Surface morphology of samples at the position of 8 cm from damaged point after immersion in test solution for 5 d under different AC interference conditions

(a) 0 V (b) 1 V

(c) 5 V (d) 10 V 图10 不同交流干扰条件下，距离破损点16 cm处试样在试验溶液中浸泡5 d后的表面形貌 Fig. 10 Surface morphology of samples at the position of 16 cm from damaged point after immersion in test solution for 5 d under different AC interference conditions

(1) 剥离涂层深处下金属基体的自腐蚀电位和腐蚀电流密度变化不大，说明涂层剥离对缝隙深处金属基体的腐蚀倾向性和腐蚀速率影响较小。而存在交流干扰时，随着交流干扰电压的增大，缝内金属的自腐蚀电位均有负移的趋势，且距离破损点较近的金属,其自腐蚀电位受交流干扰的影响很大，缝内金属各点的腐蚀电流密度均先减小后增大，破损点处金属的腐蚀电流密度变化较大，说明施加交流干扰后破损点处金属的腐蚀速率受较大影响。

对教师A的反思日志总结后，主要内容有：学生专业特点、学生课堂表现、师生互动、教案中的课堂设计、教学方法、师生关系、对传统课堂的反思。其中对学生专业特点和学生课堂参与度反思较多。

(2) 不同剥离深度处金属在交流干扰为0～5 V时的剥离涂层深处腐蚀电流密度变化不大，且远小于交流干扰为10 V时的。剥离缝隙内金属表面的腐蚀形态主要是局部腐蚀。

参考文献：

[1] 李自力,丁清苗,张迎芳,等. 用电化学方法建立交流干扰下X70钢的最佳阴极保护电位[J]. 腐蚀与防护,2010,31(6)：436-439.

[2] 唐德志,杜艳霞,路民旭,等.埋地管道交流干扰与阴极保护相互作用研究进展[J]. 中国腐蚀与防护学报,2013，33(5):351-356.

[3] 李自力,孙云峰,刘静,等. 埋地油气管道交流干扰腐蚀及防护研究进展[J]. 腐蝕科学与防护技术,2011,23(5):376-380.

[4] DU Y,TANG D,LU M,et al. Researches on the effects of AC interference on CP parameters and AC corrosion risk assessment for cathodic protected carbon steel[C]//Corrosion 2017. NACE International,[S.l.]:[s.n.],2017.

[5] 李勋,张宏钊,张欣,等. 高压交流输电线路对埋地金属油气管道的电磁干扰腐蚀及其防护措施[J]. 山东理工大学学报(自然科学版),2017,4:65-70.

[6] 封琼,张亚萍,汪洋,等. 基于埋地金属管道杂散电流的腐蚀与防护[J]. 腐蚀与防护,2017,38(2):91-93.

[7] 任春霞,王晨,李佳威. 3PE防腐管道防腐层剥离因素及控制措施[J]. 焊管,2017,40(2):58-62.

[8] 李瑞超,梁成浩,黄乃宝. 土壤中氯离子对无溶剂环氧石油沥青涂层的腐蚀影响[J]. 大连海事大学学报,2016,42(2):124-128.

[9] 崔艳雨,范玥铭,危金卓,等. 埋地钢质管道防腐蚀层阴极剥离作用的研究进展[J]. 材料保护,2016,49(8):62-68.

[10] 丁锐,桂泰江,蒋建明,等. 应用EIS研究改性无溶剂环氧防腐涂层的防护性能和腐蚀特征[J]. 真空科学与技术学报,2017,37(2):165-176.