臺灣博碩士論文加值系統

本研究將低碳鋼同時承受-1.0V (vs. SCE)外加電流陰極保護及1V~4V交流電壓干擾交互作用，進行交流雜散電流腐蝕模擬實驗，探討陰極防蝕保護下試片受交流干擾之影響。實驗結果顯示，隨交流干擾電壓升高，交流腐蝕呈上升趨勢。腐蝕速率隨交流干擾電流密度增加而升高，電流密度大於100A/m2時腐蝕較明顯，腐蝕表面呈孔蝕形態，孔蝕表面為金屬光澤且無腐蝕生成物覆蓋，蝕孔隨交流電壓升高相對的變大及變深。試片之平均電流密度與曝露面積成反比，曝露面積愈小其電流密度愈大腐蝕量愈高。試片受交流電壓干擾時，雖然陰極防蝕電位符合標準-850mV (vs. CuSO4)，但試片交流干擾電流密度大於100A/m2時，試片還是會發生腐蝕。

Influence of AC induced voltages upon cathodic protected low carbon steel has been studied experimentally. The applied DC cathodic potential is -1.0 V (vs. SCE), while the AC induced voltages range from 1.0 V to 4.0 V. It is found that the trend of AC corrosion increases with increasing AC induced voltages. In other words, corrosion rate increases with increasing AC current densities. Pitting corrosion is apparent when AC current densities are larger than 100 A/m2. Metal shinning occurs on the pit’s surface and the dimensions of pits increase with increasing AC induced voltages. By conducting various laboratory tests, AC currents may pose a threat to low carbon steel and cathodic protection (CP) requirements needed to mitigate the possible adverse AC current effects. However, even though CP criteria (-850 mV vs. Cu/CuSO4) are matched, AC corrosion still takes place as AC currents are larger than 100 A/m2.

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖索引 VIII
表索引 X
第一章 前言 1
1.1 研究動機及目的 1
1.2研究方法及內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 土壤的腐蝕性 3
2.2 地下管線腐蝕 3
2.2.1 電化學腐蝕 3
2.2.2 化學性腐蝕 5
2.3 金屬管線的氧濃度差(Differential Aeration)腐蝕 5
2.4 土壤環境對地下管線腐蝕的影響 6
2.4.1 電化學電池(Electrochemical Cell)的影響 6
2.4.2 含水量的影響 6
2.4.3 土壤比電阻的影響 7
2.4.4 鹽分的影響 7
2.4.5 微生物的腐蝕 7
2.4.5.1 硫酸鹽還原菌 8
2.4.5.2 黏稠性細菌膜生成菌 9
4.4.5.3 鐵氧化細菌 9
2.4.5.4 其他(包括藻類和蕈類) 9
2.5 雜散電流腐蝕(Stray-Current Corrosion) 10
2.5.1 雜散電流的來源 10
2.5.2 交流電腐蝕相關研究 11
2.5.3 地下管線交流雜散電流干擾源 13
2.5.3.1 高壓電感應 13
2.5.3.2 設備漏電 13
2.5.4 交流電腐蝕原理 14
2.6 地下管線之防蝕 16
2.6.1 腐蝕電池(Corrosion Cells) 16
2.6.2 通路 17
2.6.3 外加電流陰極防蝕保護 17
2.6.4 犧牲陽極法(Sacrificial Protection) 19
2.7 腐蝕型態 23
第三章 交流干擾實驗 24
3.1 實驗目的 24
3.2 實驗流程 24
3.3 實驗前準備作業 25
3.3.1 試片準備 25
3.3.2 試片清潔及量測 25
3.4 實驗方法 25
3.4.1試片符號 25
3.4.2 無任何保護及AC干擾作用 26
3.4.3 有陰極防蝕保護而無AC干擾作用 26
3.4.4 有陰極防蝕保護及AC干擾交互作用 26
3.5 實驗電位量測 29
3.6 腐蝕形態分析設備與方法 29
3.6.1 分析設備 29
3.6.2 分析方法 30
第四章 實驗及腐蝕案例討論 32
4.1 實驗結果 32
4.1.1 試片無任何保護及AC干擾作用 32
4.1.2 試片有陰極防蝕保護而無AC干擾作用 33
4.1.3 試片有陰極防蝕保護及AC干擾交互作用 33
4.1.4 腐蝕生成物分析 36
4.2 干擾電壓與電流對腐蝕速率之作用 37
4.3 干擾電壓、電流密度與腐蝕速率之比較 40
4.4 AC干擾電壓下陰極防蝕電位之變化 43
第五章 結論 48
參考文獻 49
附錄：地下管線檢測及交流電干擾腐蝕案例分析 53
授權書 73

圖索引 VIII
圖2-1 E-I曲線 16
圖2-2 管線陰極防蝕保護示意圖 18
圖2-3 管線犧牲陽極保護示意圖 19
圖2-4 緊密電位檢測示意圖 16
圖3-1 實驗之流程圖 24
圖3-2 外加電流陰極防蝕保護無AC干擾電路圖 27
圖3-2 外加電流陰極防蝕保護無AC干擾電路圖 28
圖3-4 陰極防蝕保護及AC干擾實驗裝置圖 28
圖3-5 AC干擾電壓及電流量測方法 29
圖3-6 腐蝕皮膜及試片於XRD繞射分析之夾持方式 31
圖4-1 無任何保護及干擾電壓作用下之試片0外觀。(a)腐蝕生成物未清除前，(b)腐蝕生成物清除後，(c)圖(b)腐蝕表面之金相顯微鏡照片。 32
圖4-2 陰極防蝕保護作用下無AC干擾之試片1外觀。(a)腐蝕生成物未清除前，(b)腐蝕生成物清除後，(c)圖(b)腐蝕表面之金相顯微鏡照片。 33
圖4-3 陰極防蝕保護及1V-AC干擾電壓交互作用下之試片2外觀。(a)腐蝕生成物未清除前，(b)腐蝕生成物清除後，(c)圖(b)腐蝕表面之金相顯微鏡照片。 35
圖4-4 陰極防蝕保護及2V-AC干擾電壓交互作用下之試片3外觀。(a)腐蝕生成物未清除前，(b)腐蝕生成物清除後，(c)圖(b)腐蝕表面之金相顯微鏡照片。 35
圖4-5 陰極防蝕保護及3V-AC干擾電壓交互作用下之試片4外觀。(a)腐蝕生成物未清除前，(b)腐蝕生成物清除後，(c)圖(b)腐蝕表面之金相顯微鏡照片。 35
圖4-6 陰極防蝕保護及4V-AC干擾電壓交互作用下之試片5外觀。(a)腐蝕生成物未清除前，(b)腐蝕生成物清除後，(c)圖(b)腐蝕表面之金相顯微鏡照片。 36
圖4-7 腐蝕生成物X-ray繞射分析圖 37
圖4-8腐速率度、AC干擾電壓與平均電流密度關係。(a) 腐速速率與AC干擾電壓之關係、(b) 腐速速率與平均電流密度之關係。 40
圖4-9 AC干擾作用下之陰極防蝕電位圖 44
圖4-10 陽極反應大於陰極反應速率之模擬極化曲線圖 46

表索引 X
表2-1 各種腐蝕型態特徵表 21
表2-2 電蝕及土壤腐蝕態特徵表 23
表4-1 陰極防蝕保護電位下之AC感應電壓(V)量測值 38
表4-2 陰極防蝕保護電位下之AC感應電流密度(A/m2)量測值 38
表4-3 AC干擾下陰極防蝕電位量(mV )量測值 38
表4-4 AC干擾實驗依質量法計算之腐蝕速率 39

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