模拟深海环境中铂复合阳极电化学性能研究

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深海海域(大于300m)占全球的88%,蕴藏着丰富的石油天然气资源和矿藏资源。进入21世纪,国际间以开发和占有海洋资源为核心的海洋维权斗争愈演愈烈。随着我国综合国力的提升,面对国际深海领域的竞争,在经济和军事上,突破第二岛链,成为我国面对全球化发展的必然选择,深海技术成为关键技术。海洋工程、武器装备所处的海洋环境是一个严酷的服役环境,服役过程中,需要遭受严重的腐蚀破坏。抑制腐蚀的有效措施是涂层加阴极保护联合保护。深海环境与水面相比,腐蚀性相关参数发生很大的变化,对腐蚀控制措施提出新的要求。其中外加电流的关键部件是辅助阳极。铂复合阳极作为是一种不溶性阳极材料,因其使用寿命长、载流能力高、体积小等许多优点,在船舰、码头工程等领域得到了广泛地应用。在常规环境中铂复合阳极具有优良的电化学性能,而随着海水深度的增加,温度、溶解氧量、压力等环境条件发生变化,必然会使阳极的电化学性能发生改变,从而影响其使用性能。本文主要针对温度、溶解氧量对铂复合阳极电化学性能的影响进行了研究。本文通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和金相显微镜(OM)观察了利用冶金拉拔方法制备的铂复合阳极表面铂层微观形貌、元素分布、相结构以及铂层的厚度;通过测量铂复合阳极在不同溶液介质中的动电位极化曲线,研究了阳极的耐蚀性能;通过控制温度、溶解氧量,采用阳极在海水中的动电位极化曲线,循环伏安测试,不同施加直流电位时的电化学阻抗谱,阳极的输出特性测量以及基体击穿电压测试等方法,研究了环境因素对阳极电化学性能以及耐蚀性能的影响,并比较分析了铂铌、铂钽复合阳极的电化学性能;还通过强化电解试验,对铂钽复合阳极在海水中的溶解失效机理进行了研究。实验结果表明:铂复合阳极表面致密度比较高,铂层平均厚度能达到20μm,且与基体之间实现了冶金结合,铂层表面并非纯铂而是一层化合物Fe3PtC,表面存在微小裂纹等缺陷;阳极在不同的介质中具有优良的耐蚀性能和良好的电化学性能;温度对阳极的电化学催化活性影响比较明显,溶解氧量对阳极的二次钝化具有显著的促进作用,但在较高电位时,溶解氧量对阳极的电化学性能的影响作用不明显;铂钽复合阳极的电化学性能优于铂铌复合阳极,能满足更高性能的使用要求。在海水中,铂钽复合阳极在较高电位时,其表面生成了易溶解的铂的高级氧化物PtO2、PtO3,在阳极表面微裂纹以及气体冲击等综合作用下,导致阳极有比较高的消耗速率;铂复合阳极的失效形式为铂层的逐层溶解、脱落。
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