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随着电力系统超高压输变电线路的增加,接地装置的腐蚀引起的事故也在增加,由接地网引起的事故首先对输变电系统一次或二次设备造成损害,然后使整个电网不能正常运行,严重时还会对人身安全造成威胁。因此,对接地网的腐蚀防护研究,保证电网的安全稳定运行具有重要的现实意义。牺牲阳极阴极保护具有安装方便,运行成本低等特点,是地下设备防护的常用手段,但接地网运行中有泄流发生,使常规的地下防护牺牲阳极会发生电位逆转,因此,本文在镁基牺牲阳极中添加稀土元素钆等元素,利用稀土对镁基合金进行改性。依据国家标准GB/T17731-2004,结合镁合金牺牲阳极在电解质溶液中的阳极工作(电极氧化)电位、自腐蚀速率和电流效率对阳极进行实验室评定;以渭南土为介质模拟接地网泄流过程,研究交直流泄流作用对模拟接地网中电压与电流及牺牲阳极的电位与电流的影响;并应用光镜、SEM、EDS及XRD对评定试验和泄流试验的阳极腐蚀产物的显微组织、相组成及化学成分进行分析。得到以下结论:
(1)添加稀土钆使镁合金牺牲阳极的电流效率提高,工作电位负移,其中添加1%钆的试样电流效率能达到62.0325%,比市售的AZ63普通镁阳极试样的的56.1644%提高了将近6个百分点,而阳极的工作电位相对较负且输出稳定,阳极的自腐蚀速率也较低。
(2)极化曲线试验时,随着钆含量的增加,阳极的自腐蚀速率和极化电位呈先降低后增加的趋势,而阳极的电流效率呈先增加后降低的趋势。当钆含量为1%时,阳极的自腐蚀速率最小,为0.4119mm/a,此时阳极的输出电位最负,为-1.7829V。
(3)镁合金牺牲阳极中添加稀土元素钆能细化合金晶粒,减少晶界附近聚集的第二相及连续网状分布结构,使阳极晶界处的化学活性降低,腐蚀均匀化;稀土钆与其他元素形成新的固溶相,点状均匀分布于基体中,这些新相能降低阳极表面膜的水合作用和析氢倾向,进而使表面膜更加稳定;阳极的腐蚀产物主要有Mg(OH)2、Mg0.97Zn0.03、Mn3O4、Al2Gd、CaMn3O7、GdMg3等。
(4)牺牲阳极在土壤中进行交直流泄流时受阳极自身性能的影响较大,含钆1%试样电位较负,相对未添加钆的AZ63牺牲阳极,电位逆转明显延迟;水溶液中的交直流泄流时,阳极性能受试验温度的影响较大,随环境温度的增加,不同阳极电流、电位及电路电流的都有较大的提高,阳极的消耗增大,不同钆含量的牺牲阳极的变化差异较小。