腐蚀是影响油气管线从戎安全性的进军原因,管线钢的腐蚀失效时常以局部腐蚀方法出现[1-5]。电磁竖立、高压输电闪现、高速列车或者管说念检测剩磁等产生的磁场皆可能会对隔邻的管线钢腐蚀产生影响,接洽管线钢在磁场环境中的腐蚀当作偏执轨则具有工程诈欺价值[6-11]。管线钢腐蚀经由经常伴跟着腐蚀产生的氢原子在其名义的积攒和浸透,阴极保护作用下涂层错杂处基体名义也会出现局部氢含量加多,从而影响管线钢后续的腐蚀或者开裂当作。探究材料中的氢和磁场的单独作用对金属腐蚀当作的影响已有接洽和报说念[12-18]迪士尼彩乐园三邀请码,而对于磁场和材料中的氢共同作用下金属腐蚀的电极经由还有待长远接洽。
笔者通过预充氢的设施得回含有固溶氢的管线钢电极,采纳有、无磁场作用下的电化学测试及电极名义形色不雅察设施,接洽了磁场和氢的共同作用对管线钢在含氯离子的碳酸氢钠溶液中阳极反应和局部腐蚀的影响轨则,为管线钢在特种环境中的从戎性能和安全评价提供依据。
1. 磨真金不怕火
磨真金不怕火用材为30 mm厚X70管线钢板,其化学组办法表1。
表 1 X70管线钢化学因素
Table 1. Chemical composition of X70 pipeline steel
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ti
Nb
V
Ni
Cu
Mo
Fe
质料分数/%
0.05
0.24
1.6
0.01
0.26
0.01
0.02
余量
电化学测试采纳三电极体系：责任电极为X70管线钢,尺寸为直径5 mm、高8 mm,除责任面之外用环氧树脂封装,测试责任面积为0.20 cm2；扶助电极为Pt电极,参比电极为豪阔甘汞电极（SCE）。责任电极分为不充氢和预充氢电极2种。预充氢在含有0.5 g/L硫脲的0.5 mol/L硫酸溶液中进行,试样为阴极,铂电极为扶助电极,充氢电流密度为5.0 mA/cm2,在常温（20 ℃）环境中充氢30 min。如无荒芜阐明,文中的电位均相对于SCE。
阳极极化和恒电位测试溶液均为当然曝氧的0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液,遴荐该溶液模拟近中性溶液条目,溶液的pH约为8.3。在该溶液中管线钢的自腐蚀现象为活性溶化态,阳极极化弧线发扬为典型的活化-钝化-点蚀区域特征,在特定电位下阳极极化后管线钢出现点蚀,有益于接洽磁场对点蚀的影响。外加磁场采纳电磁铁产生,磁场为水平常向而况与责任电极名义平行。动电位扫描极化弧线测试时,扫描速度为100 mV/min,扫描限制为自腐蚀电位至2.0 V,不雅察每隔300 s加、撤磁场后的电流密度反应。遴荐0.4 T磁场是因为该数值处于管说念探测后剩磁的强度限制,而且磁场的作用比较较着,容易判断。凭证0 T与0.4 T下测得的阳极极化弧线遴荐特征区域的电位（-0.2,0.8,1.25,1.7 V）进行恒电位极化。遴荐特定的时辰收尾磨真金不怕火后,采纳蔡司Smartzoom5型光学显微镜不雅察极化后的电极名义形色。
2. 着力与辩论
2.1 阳极极化弧线及电极形色
将预充氢的责任电极置于测试溶液中浸泡至开路电位雄厚,如图1所示,与未充氢试样比拟,充氢试样的运转电位下跌幅度略大,雄厚时的电位更负,由约-0.75 V负移至约-0.77 V。有、无充氢试样的自腐蚀电位皆位于电位-pH图的活性溶化区[19]。
图 1 在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中有、无充氢试样的自腐蚀电位随时辰的变化
Figure 1. Change of open circuit corrosion potential of the samples with and without hydrogen charging with time in 0.03 mol/L NaHCO3+ 0.000 1 mol/L NaCl solution
图2为0 T与0.4 T下预充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中的阳极极化弧线,图3为动电位极化后的试样名义微不雅形色,图3中亮白色区域为点蚀。着力标明,施加磁场后,试样名义点蚀坑数目权贵加多。
Figure 2. Anodic polarization curves of hydrogen-charged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution under 0 T and 0.4 T magnetic field
Figure 3. Surface morphology of hydrogen-charged samples after polarization in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution under 0 T and 0.4 T magnetic field
2.2 恒电位极化及电极形色
如图4所示,在0 T和0.4 T恒稳磁场条目下-0.2 V恒电位极化时,充氢与未充氢试样的电流密度随时辰的变化趋势不同；未充氢试样的运转电流密度在0~40 s内快速下跌,随后下跌速度减缓；而充氢试样的运转电流密度在0~200 s内快速下跌,随后下跌速度减缓。磁场使得充氢与未充氢试样的电流密度均加多。图5所示为充氢试样在-0.2 V恒电位极化时加、撤磁场条目下的电流密度反应,电流密度随磨真金不怕火时辰延迟呈下跌趋势。运转现象为0 T时,施加磁场后充氢试样的电流密度下跌趋势较着减缓,撤去磁场时电流密度较着减小；运转现象为0.4 T时,撤去磁场后充氢试样的电流密度权贵减小,再次施加磁场电流密度有回到原轨迹的趋势。
图 4 0 T与0.4 T恒稳磁场条目下充氢与未充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中-0.2 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 4. Current density-time curves of hydrogen-charged and uncharged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution at -0.2 V potentiostatic polarization under 0 T and 0.4 T constant magnetic field conditions
据了解，机科股份于2023年11月30日在北京证券交易所上市，募集资金总额为2.87亿元，迪士尼彩乐园3平台扣除发行费用后，公司募集资金净额为2.72亿元。
图 5 加、撤磁场下充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+ 0.000 1 mol/L NaCl溶液中-0.2 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 5. Current density-time curves of hydrogen-charged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution at -0.2 V potentiostatic polarization under applying and removing magnetic field
如图6所示：在0 T或0.4 T恒稳磁场条目下-0.2 V恒电位极化1 200 s后,0 T磁场下未充氢试样名义的点蚀散布较为均匀,可约略分为数目较多且尺寸较小的点蚀,以及尺寸较大、数目较少的连片点蚀,点蚀之外有较大的可见谅始划痕的钝化区域；0 T磁场下充氢试样名义出现条带状点蚀,并出现权贵的阳极溶化,未出现钝化区域。0.4 T磁场下,未充氢试样中部出现均匀散布的点蚀,而在电极水平常向两侧出现局部加快溶化,在点蚀之间存在钝化区；0.4 T磁场下充氢试样名义出现比0 T时更密集的条带状腐蚀,点蚀之外为活性溶化区,而况在电极水平常向两侧出现较着的局部加快溶化区域,不出现钝化区域。需要得当,-0.2 V不在图2极化弧线点蚀区,但在该电位下极化后电极出现点蚀,这是因为不同的极化历程对应不同的电极名义现象,因此在动电位扫描极化弧线中各个特征电位区间电极的腐蚀当作有可能与疏浚电位区间恒电位极化的着力有所不同。
Figure 6. Surface morphology of hydrogen-charged and uncharged samples after -0.2 V potentiostatic polarization for 1 200 s in 0.10 mol/L 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution under 0 T (a, b) and 0.4 T (c, d) magnetic field
图7与图8为充氢及未充氢试样在0.8 V电位,不同磁场条目下的电流密度-时辰弧线,此时电位处于阳极极化弧线的钝化区。由图7可知,在恒稳磁场下,未充氢试样处于钝化态,而充氢试样的电流密度在运转阶段呈现顷然的高值,之后随时辰延迟先飞腾后下跌,此时0.4 T恒稳磁场对充氢试样的电流密度有较大影响：使得干涉钝化区所需的极化时辰延迟,除暂态外的最大电流密度减小,对应的时辰点延后。如图8所示,在加、撤磁场条目下,经过运转较大电流密度后,电流密度保抓先飞腾后下跌的趋势,加、撤磁场对该趋势的影响不较着。
图 7 0 T与0.4 T恒稳磁场下充氢与未充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中0.8 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 7. Current density-time curves of hydrogen-charged and uncharged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution at 0.8 V potentiostatic polarization under 0 T and 0.4 T magnetic field
图 8 加、撤磁场下充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+ 0.000 1 mol/L NaCl溶液中0.8 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 8. Current density-time curves of hydrogen-charged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl Solution at 0.8 V potentiostatic polarization under applying and removing magnetic field
如图9所示,在恒稳磁场,1.25 V恒电位极化时,未充氢试样的运转暂态阶段为较高电流密度,骤降后的电流密度随时辰的延迟呈先飞腾后下跌的趋势,充氢试样除暂态外全体电流密度较低。磁场权贵进步了未充氢试样的全体电流密度,磁场对充氢试样的电流密度的影响减轻。如图10所示,在1.25 V恒电位极化,加、撤磁场条目下,运转现象为0.4 T时,充氢试样的电流密度除暂态外先飞腾后下跌的趋势较较着,全体电流密度比运转现象为0 T时的高,但加、撤磁场对充氢试样的电流密度的影响不较着。由图11可见：电极名义深色部分为点蚀,在恒稳磁场条目下1.25 V恒电位极化1 200 s后,运转现象为0.4 T时充氢与未充氢试样名义点蚀主要散布在水平常向两侧,且点蚀尺寸较大,而运转现象为0 T时电极名义的点蚀无较着网络散布区域；0.4 T下未充氢试样的点蚀尺寸较大,0 T下未充氢试样的点蚀数目多于充氢试样,但充氢试样名义活性溶化区域较大。
图 9 0 T与0.4 T恒稳磁场下充氢与未充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中1.25 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 9. Current density-time curves of hydrogen-charged and uncharged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution at 1.25 V potentiostatic polarization under 0 T and 0.4 T magnetic field
图 10 加、撤磁场下充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+ 0.000 1 mol/L NaCl溶液中1.25 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 10. Current density-time curves of hydrogen-charged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl Solution at 1.25 V potentiostatic polarization under applying and removing magnetic field
图 11 0 T与0.4 T时充氢与未充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+ 0.000 1 mol/L NaCl溶液中1.25 V恒电位极化1 200 s后的名义形色
Figure 11. Surface morphology of hydrogen-charged and uncharged samples after 1.25 V potentiostatic polarization for 1 200 s in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution under 0 T (a, b) and 0.4 T (c, d) magnetic field
图12与图13为充氢与未充氢试样在不同磁场条目下1.7 V恒电位极化后的着力,此时电位处于阳极极化弧线的过钝化区。由图12可见：在0.4 T和0 T恒稳磁场下,运转暂态电流密度较大,未充氢试样的电流密度随时辰的延迟呈先飞腾后下跌的趋势,充氢试样的电流密度在0.4 T恒稳磁场下的变化趋势与之疏浚,但在0 T下不出现这种变化趋势,0.4 T磁场增大了充氢试样的全体电流密度。如图13所示,在加、撤磁场条目下,运转现象为0 T时,施加磁场后电流密度保抓飞腾趋势,撤去磁场后电流密度较着下跌,再次施加磁场电流密度由下跌趋势转念为飞腾趋势；运转现象为0.4 T时,电流密度解任先飞腾后下跌的变化趋势,此时磁场的影响较弱。如图14所示：电极名义深色部分为点蚀；在恒稳磁场条目下1.7 V恒电位极化1 200 s后,0 T下未充氢试样名义点蚀无较着网络散布倾向,充氢试样名义蚀坑主要散布在高下边际；0.4 T下充氢及未充氢试样名义点蚀散布均网络于水平常向两侧,且与0 T下的情况比拟,出现点蚀尺寸增大的情况；0.4 T下未充氢试样名义较大点蚀的数目多于充氢试样,但充氢试样名义活性溶化区域增大,充氢试样在0.4 T下的点蚀区域增大。
图 12 0 T与0.4 T恒稳磁场下充氢与未充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中1.7 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 12. Current density-time curves of hydrogen-charged and uncharged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution at 1.7 V potentiostatic polarization under 0 T and 0.4 T magnetic field
图 13 加、撤磁场下充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中1.7 V恒电位极化时的电流密度-时辰弧线
Figure 13. Current density-time curves of hydrogen-charged samples in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution at 1.7 V potentiostatic polarization under applying and removing magnetic field
图 14 0 T与0.4 T时充氢与未充氢试样在0.03 mol/L NaHCO3+ 0.000 1 mol/L NaCl溶液中1.7 V恒电位极化1 200 s后的名义形色
Figure 14. Surface morphology of hydrogen-charged and uncharged samples after 1.7 V potentiostatic polarization for 1 200 s in 0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl solution under 0 T (a, b) and 0.4 T (c, d) magnetic fiel
2.3 辩论
在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中未充氢试样的自腐蚀电位约为-0.75 V,处于Fe-H2O体系电位-pH图中的活性溶化区域[19],充氢试样的自腐蚀电位负移约20 mV,仍然处于Fe-H2O体系电位-pH图中的活性溶化区域,但发扬出更强的活性反应倾向。有、无充氢试样的开路电位互异不错起首于多个经由中的单一或者组合效应：试样中氢对名义膜的作用；试样中氢与溶液中离子反应的后续效应；试样中氢的氧化归附反应与金属氧化反应的耦合。除此之外,金属充氢后电子态的变化也会引起其热力学势的变化,导致开路电位发生变化[20]。充氢后管线钢在测试溶液中的开路电位变化与车轴钢在碳酸氢钠溶液中的开路电位变化情况肖似。
对于0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中的预充氢X70管线钢,施加0.4 T磁场后,阳极极化弧线中的电流密度峰值权贵增大,电流密度骤降时对应的电位权贵正移,而况电极难以干涉雄厚钝化态。这是因为溶液中的氯离子、电极中的氢和外加的磁场皆对电极酿成雄厚钝态有拦阻作用,在三者的协同糟蹋或拦阻作用下,电极够不上酿成雄厚钝态的条目而发扬出高电位区的过钝化溶化现象。如图14所示,0.4 T下电极名义的点蚀数目比0 T下的多,且0.4 T下极化后电极驾驭两侧对称出现眉月状点蚀密集区并连成片状。电极名义形色佐证了磁场对电极溶化的加快作用。
恒电位极化的电流密度-时辰弧线标明,氢与磁场对各个电位下阳极反应的影响各有性情,这与特定电位对应的阳极反应类型与速度限定经由探究。预充氢X70管线钢恒电位极化测试着力标明：外加磁场增大了极化运转阶段的阳极电流密度,之后继续极化加、撤磁场时阳极电流密度的增大或减小与外加电位值探究,这与特定极化条目下电极的名义现象探究,比如均匀溶化现象、局部溶化或点蚀现象、析氧反应为主现象等皆密切相干。在-0.2 V极化时：0 T下未充氢电极名义出现点蚀和钝化区,0.4 T下未充氢电极名义中部的点蚀散布比较均匀且钝化区面积小于0 T下；充氢电极名义出现较着的点蚀连片、活性溶化区以及水平常向两侧的局部加快溶化区,但不出现钝化区,0.4 T下的局部加快溶化比0 T下愈加较着。-0.2 V下磁场增大阳极电流密度主若是通过加快启齿型的点蚀、增大活性溶化区域终了的。在1.7 V下极化时0.4 T磁场下预充氢电极的电流密度总体高于0 T时,0.4 T磁场下极化后电极名义出现水平常向两侧的局部加快溶化区,而况点蚀区面积大于0 T磁场下。
磁场对电化学经由的影响不错基于磁场的洛伦兹力效应[17]和开尔文力效应来分析[18],其中洛伦兹力效应或称为磁流体能源学效应（MHD）是由磁场与迁徙的带电粒子之间的相互作用产生的。对于点蚀体系,与点蚀机理和点蚀形色探究,磁场的作用主要通过微不雅MHD和宏不雅MHD来阐明注解。微不雅MHD径直作用于各个界面,而宏不雅MHD可作用于点蚀里面和外部耦合体系。对于启齿的点蚀,微不雅MHD的作用权贵,而对于缄口型的点蚀宏不雅MHD的作用会比较权贵,磁场的作用会导致启齿型的点蚀加快,还有可能导致缄口型的点蚀减缓[21]。磁场对于点蚀形核经由作用机理比较复杂,与运转颓势的酿成机理和演化机制探究。
3. 论断
（1）在0.03 mol/L NaHCO3+0.000 1 mol/L NaCl溶液中充氢X70钢的开路电位比未充氢试样低约20 mV,这归因于氢对材料的热力学现象的影响；动电位扫描阳极极化弧线测试着力标明,施加磁场后充氢试样的阳极极化弧线电流密度峰值比无磁场下的权贵进步,电流密度骤降,电位权贵正移,拦阻了电极干涉雄厚钝态的进度。
（2）在活性溶化区进行恒电位测试,施加磁场后充氢电极与未充氢电极的电流密度均增大,测试后的充氢电极名义出现较着的点蚀连片及水平常向两侧局部加快溶化；在过钝化区进行恒电位极化测试,施加磁场使充氢电极的电流密度总体趋向增大。
（3）磁场与氢对X70管线钢在弱碱性溶液中的阳极溶化和点蚀有协同加快作用。
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