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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第七章接地裝置的腐蝕及防護(hù),接地裝置的腐蝕主要是屬于自然環(huán)境下的腐蝕；按腐蝕機(jī)理分主要屬于化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕,7.1 接地裝置的腐蝕機(jī)理分析,一、化學(xué)腐蝕,化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)是金屬表面的原子與非電解質(zhì)中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物。,腐蝕過(guò)程中電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進(jìn)行的，因而沒(méi)有電流產(chǎn)生。,純化學(xué)腐蝕的情況不多。主要為金屬在無(wú)水的有機(jī)液體和氣體中的腐蝕以及在干燥氣體中的腐蝕，對(duì)接地裝置來(lái)說(shuō)主要是接地線(xiàn)在空氣中的腐蝕。,

2、二、電化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)(電解質(zhì))發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。,任何以電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕反應(yīng)至少包含有一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)并以流過(guò)金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流形成回路。,陽(yáng)極反應(yīng),是氫化過(guò)程，即金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中并放出電子；,陰極反應(yīng),為還原過(guò)程，即介質(zhì)中的氧化劑組分吸收來(lái)自陽(yáng)極的電子過(guò)程。,例如，碳鋼在酸性溶液中腐蝕時(shí)，在陽(yáng)極區(qū)鐵被氧化為Fe,離子，所放出,的電子由陽(yáng)極(Fe)流至鋼中的陰極()上被H離子吸收而還原成氫氣，即,由于在被腐蝕的金屬表面存在著在空間或時(shí)間上分開(kāi)的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，腐蝕反應(yīng)過(guò)程中電子的傳遞可通過(guò)金屬?gòu)年?yáng)極區(qū)流向陰極區(qū)，

3、其結(jié)果必有電流產(chǎn)生。,由上述電化學(xué)腐蝕機(jī)理可知，金屬的電化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)上是短路的電偶電池作用的結(jié)果，這種原電池稱(chēng)為腐蝕電池。,電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見(jiàn)的腐蝕。金屬在大氣、海水、土壤和各種電解質(zhì)溶液中的腐蝕都屬于此類(lèi)。,三、腐蝕電池的電極過(guò)程,1，陽(yáng)極過(guò)程,腐蝕電池中負(fù)極性的金屬為陽(yáng)極,因此，陽(yáng)極過(guò)程就是陽(yáng)極金屬發(fā)生電化學(xué)溶解或陽(yáng)極化的過(guò)程。,即金屬表面晶格中的金屬陽(yáng)離子，在極化水分子作用下進(jìn)入溶液，變成水化陽(yáng)離子，而電子在陰、陽(yáng)極間電位差的作用下移向陰極將進(jìn)一步促進(jìn)上述陽(yáng)極反應(yīng)的進(jìn)行。,2陰極過(guò)程,腐蝕電池的陰極過(guò)程指電解質(zhì)溶液中的氧化劑與金屬陽(yáng)極溶解后釋放出來(lái)，并轉(zhuǎn)移到陰極區(qū)的電子相結(jié)合的反

4、應(yīng)過(guò)程。溶液中能在陰極區(qū)吸收電子而發(fā)生還原反應(yīng)的氧化物質(zhì)在腐蝕學(xué)上稱(chēng)為陰極去極化劑，如果溶液中沒(méi)有這些去極化劑存在，即使金屬表面上存在著眾多的微電池，也不可能發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此發(fā)生電化學(xué)腐蝕的基本條件是腐蝕電池和去極化劑同時(shí)存在，或者說(shuō)，陰極過(guò)程和陽(yáng)極過(guò)程必須同時(shí)進(jìn)行。,此反應(yīng)是負(fù)極的金屬在酸性介質(zhì)中腐蝕時(shí)常見(jiàn)的陰極去極化反應(yīng)。Zn、Al、Fe等金屬的電極電位低于氫的電極電位，因此這些金屬在酸性介質(zhì)中的腐蝕將伴隨著氫氣的析,出，叫做,析氫腐蝕,，腐蝕速度受陰極過(guò)程控制，且與析氫電位的大小有關(guān)。,陰極過(guò)程為氧的還原反應(yīng)的腐蝕，叫,氧還原腐蝕,，也叫吸氧腐蝕。這是最普遍的一種電化學(xué)腐蝕。大多數(shù)金

5、屬在大氣、土壤、海水和中性鹽溶液中的腐蝕主要靠氧的陰極還原反應(yīng)，其腐蝕速度通常受氧擴(kuò)散控制。在含氧的酸性介質(zhì)中腐蝕時(shí)有可能同時(shí)發(fā)生卜述H 離子和o,2,的兩種還原反應(yīng)。,總之，要發(fā)生電化學(xué)腐蝕，不但需要有作為陽(yáng)極發(fā)生溶解的金屬，而且必須有腐蝕劑作為陰極去極化劑來(lái)維持陰極過(guò)程的不斷進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)具體的腐蝕體系來(lái)說(shuō)，究竟哪種物質(zhì)為陰極去極化劑，不但要看介質(zhì)中有哪些可發(fā)生陰極還原的物質(zhì)而且還要看它們?cè)陉帢O的放電電位。還原反應(yīng)的電位越高，越優(yōu)先在陰極進(jìn)行。,由于腐蝕過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)釋放出的電子進(jìn)入鄰近的陰極區(qū)，如果陰極還原反應(yīng)不能及時(shí)把這些電子吸收，則電子在陰極積累，使陰極區(qū)的電位偏離丁平衡電位，向負(fù)方向

6、變化，這就叫陰極極化?？梢?jiàn)，陰極過(guò)程受到阻滯同樣可妨礙金屬的腐蝕。,7.2接地裝置的腐蝕環(huán)境,一、大氣腐蝕,大氣腐蝕指的是暴露在空氣中金屬的腐蝕它概括了范圍很寬廣的一些條件 大氣腐蝕基本上屬于電化學(xué)性腐蝕范圍，,它是一種液膜下的電化學(xué)腐蝕，和浸在電解質(zhì)溶液內(nèi)的腐蝕有所不同。由于金屬表面上存在著一層飽和了氧的電解液薄膜，使大氣腐蝕以?xún)?yōu)先的氧去極化過(guò)程進(jìn)行腐蝕。,另一方面在薄層電解液下很容易造成陽(yáng)極鈍化的適當(dāng)條件固體腐蝕產(chǎn)物也常以層狀沉積在金屬表面，因而帶來(lái)一定的保護(hù)性。從腐蝕條件看，大氣的主要成分是水和氧，而大氣中的水氣是決定大氣腐蝕速度和歷程的主要因素。因此，根據(jù)腐蝕金屬表面的潮濕程度可把大氣

7、腐蝕分為“干的”、“潮的”和“濕的”三種類(lèi)型。,二、土壤腐蝕,土壤腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，土壤中含水分、鹽類(lèi)和氧。,大多數(shù)土壤是中性的，也有些土壤是堿性的砂質(zhì)粘土和鹽堿土，pH值在7595。也有的土壤是酸性腐殖土和沼澤土，PH值在36。土壤中含有固體顆粒砂子、灰泥渣和植物腐爛后的腐殖土。,土壤是無(wú)機(jī)和有機(jī)膠質(zhì)混合顆粒的集合，是由土粒、水、空氣所組成，是一復(fù)雜的多相結(jié)構(gòu)。土壤顆粒間形成大量毛細(xì)管微孔或孔隙，孔隙中充滿(mǎn)空氣和水，常形成膠體體系，是一種離子導(dǎo)體。,溶解有鹽類(lèi)和其他物質(zhì)的土壤水，則是電解質(zhì)溶液,土壤的導(dǎo)電性與土壤的干濕程度及含鹽量有關(guān)。,土壤的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)是不均勻的、多變的，土壤的固體部分

8、對(duì)埋設(shè)在土壤中的接地體的金屬表面來(lái)說(shuō)，是固定不動(dòng)的，而土壤中的氣、液則可作相對(duì)有限運(yùn)動(dòng)。,土壤的這些物理化學(xué)性質(zhì)，尤其是電化學(xué)特性直接影響著土壤的腐蝕過(guò)程的特點(diǎn)。土壤組成和性質(zhì)的復(fù)雜多變性使不同的土境腐蝕性相差很大,1土壤腐蝕的電極過(guò)程及控制因素,土壤腐蝕與在電解液中腐蝕一樣，是一種電化學(xué)腐蝕。大多數(shù)金屬在土壤中的腐蝕是屬于氧的去極化腐蝕，只有在強(qiáng)酸性土壤中才發(fā)生氫去極化腐蝕。,土壤腐蝕的條件極為復(fù)雜、使腐蝕過(guò)程的控制因素差別也較大，大致有如下幾種控制特征：,對(duì)于大多數(shù)土壤來(lái)說(shuō)，當(dāng)腐蝕決定于腐蝕微電池或距離不太長(zhǎng)的宏觀(guān)腐蝕電池時(shí)，腐蝕主要為陰極過(guò)程控制。與全浸在靜止電解液中中的情況相似。,在疏

9、松、干燥的土壤中隨著氧滲透率的增加腐蝕則轉(zhuǎn)變?yōu)殛?yáng)極控制*此時(shí)腐蝕過(guò)程的控制特征近于潮的大氣腐蝕。,對(duì)于由長(zhǎng)距離宏觀(guān)電池作用下的土壤腐蝕，如水平接地體經(jīng)過(guò)透氣性不同的土壤形成氧濃度差腐蝕電池時(shí)，土壤的電阻成為主要的腐蝕控制因素，或陰極一電阻混合控制。,2土壤腐蝕的類(lèi)型,(1）微電池和宏觀(guān)電池引起的土壤腐蝕。,對(duì)于比較短小的金屬構(gòu)件來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為周?chē)寥澜Y(jié)構(gòu)、水分、鹽分、含氧量等是均勻的，這時(shí)發(fā)生和金屬組織不均勻性有關(guān)的,微電池腐蝕,。,對(duì)于長(zhǎng)的金屬構(gòu)件，因各部分氧滲透率、粘土和砂土等結(jié)構(gòu)及埋設(shè)深度不同引起氧濃差電池和鹽分濃差電池,這類(lèi)宏觀(guān)電池造成局部腐蝕,。在陽(yáng)極部位產(chǎn)生較深的腐蝕孔，使金屬接地

10、體遭受?chē)?yán)重破壞,(2)雜散電流引起的土壤腐蝕,所謂雜散電流，是指由原定的正常電路漏失而流入他處的電流。主要來(lái)源是應(yīng)用直流大功率電氣裝置，直流電氣列車(chē)、有軌電車(chē)、電焊機(jī)、電解和電鍍槽、電化學(xué)保護(hù)裝置等。,地下埋沒(méi)的金屬構(gòu)筑物、管道、接地體、電纜等都容易因這種雜散電流引起腐蝕。,一部分電流從路軌漏到地下，進(jìn)人地下管道某處，再?gòu)墓艿赖牧硪惶幜鞒?，回到路軌。電流離開(kāi)管線(xiàn)進(jìn)入大地處成為腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū)，該區(qū)金屬遭到腐蝕破壞。腐蝕破壞程度與雜散電流的強(qiáng)度成正比，電流強(qiáng)度愈大，腐蝕就愈嚴(yán)重。,工頻雜散電流、主要來(lái)源于交流電氣化鐵道和高壓輸電線(xiàn)路等；這種土壤雜散電流腐蝕破壞作用較小如頻率為50Hz的交流電，其

11、作用約為直流電的1,(3)土壤中微生物引起的腐蝕。,在缺氧的土壤中，如密實(shí)、潮濕的粘土處，金屬腐蝕過(guò)程似乎難以進(jìn)行，但這種土壤條件卻有利于一些微生物的生長(zhǎng)。,這些細(xì)菌有可能引起土壤物理化學(xué)性質(zhì)的不均勻件，從而造成氧濃差電池腐蝕，細(xì)菌在生命活動(dòng)中產(chǎn)生硫化氫、二氧化碳和酸腐蝕金屬。,3土壤腐蝕的影響因素及防止措施,影響土壤腐蝕的因素很多，有土壤的孔隙度(透氣性)、含水量、導(dǎo)電性、酸堿度、含鹽量和微生物等，這些因素相互聯(lián)系著n現(xiàn)分析幾種主要的影響因素。,(1）,孔隙度,孔隙度大有利于水分和氧的滲透。透氣件好的可加速腐蝕過(guò)程，但透氣性太大可阻礙金屬的陽(yáng)極溶解易生成具有保護(hù)能力的腐蝕產(chǎn)物層。,(2,)含

12、水量,土壤的水分可以多種方式存在，有些緊密粘附在固體顆粒的周?chē)?，有些在微孔中流?dòng)或與土壤組分結(jié)合在一起。當(dāng)土壤中可溶性鹽溶解在其中時(shí)，就組成了電解液。水分的多少對(duì)土壤腐蝕影響很大，含水量很低時(shí)腐蝕速度不大，隨著含水量的增加，土壤中鹽分的溶解量增大，因而加快腐蝕速度。當(dāng)可溶性鹽全部溶解時(shí)，腐蝕速度可達(dá)最,大值。若水分過(guò)多時(shí)，因土壤膠粘膨脹堵塞了土壤的孔隙，氧的擴(kuò)散滲透受阻腐蝕反而減小。,(3)含鹽量。土壤中一般含有硫酸鹽、硝酸鹽和氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽類(lèi)。通常土壤中含鹽量約為801500ppm，這些鹽類(lèi)大多是可溶性的，SO,4,、NH,3,、,Cl,等陰離子對(duì)腐蝕影響較大。,Cl,離子對(duì)土壤腐蝕有促進(jìn)作

13、用海邊潮汐區(qū)或接近鹽場(chǎng)的土壤，腐蝕性更強(qiáng)。土壤中含鹽量大，土壤的導(dǎo)電率增高，腐蝕性也增強(qiáng)。,富含鈣、鎂離子的石灰質(zhì)土壤(非酸性土壤)中，因在金屬表面形成難溶的氧化物或碳酸鹽保護(hù)層而使腐蝕減小。,(4)土壤的導(dǎo)電性 土壤的導(dǎo)電性受土質(zhì)、含水量及含鹽量等影響、孔隙度大的土壤(如砂土)，水分易滲透流失；而孔隙度小的土壤(如粘土)，水分不易流失。含水量大，可溶性鹽類(lèi)溶解很多，導(dǎo)電性好，腐蝕性強(qiáng)。尤其是對(duì)長(zhǎng)距離宏觀(guān)電池腐蝕來(lái)說(shuō)，影響更為顯著。一般的低洼地和鹽堿地因?qū)щ娦院盟杂泻軓?qiáng)的腐蝕性。,(5)其他因素 土壤的酸度、溫度、雜散電流和微物生等因素對(duì)土壤腐蝕都有影響,防止土壤腐蝕可采用的措施：,(1)覆

14、蓋層保護(hù)，較廣泛采用的是石油瀝青和煤焦油瀝青的覆蓋層，一般用填料加固等；這適應(yīng)于管道的保護(hù)，對(duì)接地體不宜采用，但可用于接地引下線(xiàn)的保護(hù)，對(duì)接地線(xiàn)刷瀝青漆進(jìn)行保護(hù)，可防止接地線(xiàn)入地處出腐蝕電位差而引起的腐蝕。,(2)耐蝕金屬材料和金屬鍍層，采用某些合金鋼和有色金屬，或采用鋅鍍層來(lái)防止土壤腐蝕。,(3)處理土壤，如用石灰處理酸性土壤，或在地下構(gòu)件周?chē)畛涫沂閴K，移入浸蝕性小的土壤，加強(qiáng)排水，以改善土壤環(huán)境，降低腐蝕性。,(4)在接地體四周施加高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑進(jìn)行保護(hù)，可有效地保護(hù)鋼接地體免遭腐蝕,(5)陰極保護(hù)，在上述保護(hù)方法的同時(shí)，可附加陰極保護(hù)措施，如適當(dāng)加覆蓋層和陰極保護(hù)的電能消耗。

15、一般情況下當(dāng)把鋼鐵陰極的電位維持在o85v(相對(duì)于硫酸銅電極)可以達(dá)到完全保護(hù)。在有硫酸鹽還原菌存在時(shí)，電位要維持得更負(fù)些，如o95V(相對(duì)硫酸銅電極)，以抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，陰極保護(hù)也適用于保護(hù)地下鐵皮電纜其保護(hù)電位約為一07V,7.3防止接地體腐蝕的主要措施,一、接地裝置的選址和施工,(1）接地裝置的鋪設(shè)地點(diǎn)要遠(yuǎn)離強(qiáng)腐蝕性的場(chǎng)所和 重污染的場(chǎng)所，還要盡量避開(kāi)透氣性較強(qiáng)的風(fēng)化石和沙石地帶，因?yàn)樵谶@些場(chǎng)所不但降阻困難，而且還因?yàn)檠醯臐B透性強(qiáng)，而容易造成接地體的腐蝕。如果避不開(kāi)應(yīng)想辦法改良焙地體四周的土壤，如換土或施加降阻防腐劑。,(2)接地體在選擇其截面時(shí)不但要考慮其熱穩(wěn)定的要求，還要將壽命考慮在整

16、個(gè)壽命周期內(nèi)，經(jīng)過(guò)腐蝕后還能滿(mǎn)足截面的要求，其材質(zhì)應(yīng)選用耐腐蝕的材料，如采用鍍鋅鋼材。,(3)接地體的深度要足夠，因?yàn)榘呀拥伢w埋設(shè)到一定的深度不但使接地電阻得到改善而且下層土壤比上層土壤的含氧量小，從而減小腐蝕速度,用細(xì)土回填并夯實(shí)是為了減少氧氣的滲透而減緩接地休的腐蝕，同時(shí)也可增加接地體與周?chē)寥赖慕佑|而降低接觸電阻,二、選用緩蝕劑,緩蝕劑是一些少量加入腐蝕介質(zhì)中就能顯著減緩或阻止金屬腐蝕的物質(zhì),緩蝕劑主要是加入在降阻劑中使用，因?yàn)榻底鑴┑慕橘|(zhì)足穩(wěn)定的，加入緩蝕劑后性能穩(wěn)定而不能直接加入接地體所處的土壤中，因?yàn)槟菢訒?huì)隨水土流失而流失，不能起到穩(wěn)定的緩蝕作用高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑就是通過(guò)加入若干種緩蝕劑，有效的保護(hù)了鋼接地體，對(duì)腐蝕起到了很好的防護(hù)效果。,三、電化學(xué)保護(hù),接地裝置所發(fā)生的腐蝕基本屬于電化學(xué)腐蝕，因而在防腐保護(hù)措施中可采用電化學(xué)保護(hù),電化學(xué)保護(hù)就是使金屬構(gòu)件極化到免蝕區(qū)或鈍化區(qū)而得到保護(hù)。,電化學(xué)保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)。,1陰極保護(hù),陰極保護(hù)是使金屬構(gòu)件作為陰極，通過(guò)陰極極化來(lái)消除該金屬表面的電化學(xué)不均勻性，達(dá)到保護(hù)目的。陰極保護(hù)是一種經(jīng)濟(jì)而有效的防護(hù)措施。一些要求在海