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1、深海等静压对氢渗透行为的影响随着深海资源的开发 , 高强钢被越来越多地运用在深海工程结构中。大量的工程实践表明 , 高强钢在常规的阴极保护条件下会发生氢致开裂。等静压是深海区别于浅海的最本质环境因素之一 , 等静压如何影响氢进入材料的过程 ?是否导致阴极保护条件下材料更容易发生氢脆 ?目前还没有系统的研究。本论文针对上述问题开展研究。研发了高压氢渗透实验装置 , 并用此装置研究了深海等静压对氢在材料表面的吸附和脱附 , 以及氢在材料内部扩散的影响 , 获得如下研究结果 :(1) 对 A514海洋钢在 0.1 至 40MPa的等静压下进行恒电流氢渗透实验 , 利用表面效应模型 , 发现等静压减小
2、了氢原子吸附、 吸着反应的激活能能垒 , 促进氢原子的吸附 , 导致了氢渗透稳态电流密度和表观扩散系数随等静压增大的现象。但氢在 A514海洋钢中的本征扩散系数为 (3.2 0.04) 10-6 cm2/s, 不随等静压变化而变化。 (2) 对纯铁在 0.1 至 30MPa的等静压下进行了恒过电位氢渗透实验和交流阻抗实验, 利用 IPZ 模型 , 结合第一性原理计算 , 发现等静压可减小吸附氢原子与金属表面的距离 , 降低吸附氢原子进入金属次表层的扩散能能垒 ;等静压可明显增加氢在溶液中的饱和溶解度 , 析氢反应产生的氢分子聚集在金属表面的溶液中 , 抑制氢原子的复合反应 , 增加氢在金属表面
3、的覆盖率 ; 上述两个效应 , 导致氢原子更容易扩散进入金属内部 , 升高金属内的氢浓度。 (3) 建立了能够同时表征析氢反应中的 Tafel 复合反应 ,Heyrovsky 电化学脱附反应以及 Volmer 反应动力学参数的交流阻抗模型 , 通过极化曲线测试、恒电位氢渗透实验以及交流阻抗实验 , 研究了等静压对碱性溶液中 A514 海洋钢析氢反应动力学参数以及氢渗透过程的影响 , 发现等静压抑制了 Tafel 反应 , 促进了 Volmer反应 , 导致吸附氢原子数量增加, 同时促进了 Heyrovsky 反应 , 导致吸附氢原子数量减小。在10 至 40MPa压力范围内 , 电位在 -1.
4、0 至-1.1VSSE 范围时 , 析氢反应由有金属表面氢分压控制, 氢吸附模式为Langmuir 单层吸附 , 电位在 -1.2 至-1.3VSSE 范围时 , 析氢反应由阴极电位控制 , 氢吸附方式随着等静压增大, 由 Langmuir 单层吸附转为Temkin 多层吸附。 (4) 对 A514海洋钢在 0.2 mol/LNaOH 和 3.5%NaCl中长时间氢渗透 , 结合充氢端的交流阻抗分析, 发现等静压使阴极过电位更负 , 促进 Volmer 反应 , 抑制 Tafel 脱附 , 促使更多氢原子进入金属内部。另一方面 , 等静压促进 Volmer 反应和 Heyrovsky 反应 , 在试样表面产生更多 OH-,同时更多氢原子进入试样也促进了 Fe 原子从试样表面脱附 , 从而促使更多的阴极沉积产生 , 阻止氢原子进入。因此 , 在有阴极沉积的情况下 , 等静压对氢的进入是竞争机制。