交流杂散电流作用下316L不锈钢电化学腐蚀行为与速率分析及其防护策略研究

针对地下工程中金属材料受交流杂散电流（AC）干扰导致的加速腐蚀问题，研究人员通过电化学测试（OCP、极化曲线）、腐蚀形貌观察（SEM）及失重实验，系统研究了316L不锈钢在鹰潭土壤模拟液中的腐蚀行为。结果表明，AC电流密度≥200 A/m2时腐蚀程度达严重等级，局部腐蚀加剧，揭示了腐蚀产物膜破裂与“尖端放电”协同作用机制，为地下设施防腐优化提供理论依据。

　　

论文解读

在高压输电线路、城市轨道交通等设施密集的今天，地下金属管道和结构正面临一个隐形杀手——交流杂散电流（AC stray current）。这种由电力系统泄漏的电流会破坏金属表面的钝化膜，引发局部腐蚀（如点蚀、缝隙腐蚀），导致管道穿孔、结构失效等安全事故。316L不锈钢虽以耐腐蚀著称，但在高氯离子（Cl^–）和酸性土壤环境中，其防护性能可能被杂散电流“撕开缺口”。更棘手的是，现有研究多聚焦直流（DC）干扰，对AC腐蚀的动态机制和量化评估仍存在空白。

针对这一难题，中国研究人员在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》发表论文，首次系统揭示了316L不锈钢在典型鹰潭酸性土壤模拟液中的AC腐蚀规律。研究团队设计了三组实验：通过开路电位（OCP）和动电位极化曲线分析电化学行为，结合显微观察（4XC-MS金相显微镜）和失重法计算腐蚀速率，量化了不同AC电流密度（0–300 A/m²）下的腐蚀进程。

关键技术方法
实验采用三电极体系（工作电极316L不锈钢、参比电极SCE、辅助电极铂电极），通过AC数字信号发生器模拟杂散电流干扰，电感-电容组合电路隔离交直流信号。利用电化学工作站测量极化曲线（扫描速率0.5 mV/s），CView软件拟合Tafel斜率；腐蚀产物通过电化学除锈（电流密度100–200 A/m²）后，用FA2005N电子天平计算失重率。

研究结果

5.1 开路电位分析
OCP随时间呈“先负移后正移”趋势：初期高浓度Cl^–和O₂协同作用加速腐蚀（负移），6天后腐蚀产物膜阻碍离子侵蚀（正移）。AC电流密度每增加100 A/m²，负移幅度扩大，表明腐蚀倾向加剧。

5.2 动电位极化曲线分析
腐蚀电流密度（i_corr）呈现“先降后升”规律：初期腐蚀产物膜形成降低i_corr（如200 A/m²组第6天为1.34×10^–5 A/m²），但后期膜破裂引发缝隙腐蚀，300 A/m²组第10天i_corr反弹至4.70×10^–6 A/m²。AC干扰使阳极/阴极斜率（β_a/β_c）差值扩大，反映反应动力学紊乱。

5.3 腐蚀形貌分析
金相显微镜显示：0 A/m²时腐蚀均匀；100 A/m²出现局部蚀坑；200 A/m²时产物层呈絮状；300 A/m²下膜层开裂，暴露“尖端放电”特征裂纹。

5.4 腐蚀速率分析
失重数据表明：AC密度≥200 A/m²时腐蚀深度达0.13 mm/a（NACE标准“严重腐蚀”），是无AC组的2.4倍。第10天腐蚀速率反超第5天，证实腐蚀产物膜后期失效的“双刃剑”效应。

结论与意义
该研究明确了AC杂散电流通过破坏钝化膜稳定性、诱导局部腐蚀的机制，首次提出200 A/m²为316L不锈钢在酸性土壤中的腐蚀临界阈值。成果为地下管线AC腐蚀风险评估提供量化指标，指导优化阴极保护（如调整电位阈值）和绝缘设计（如增加涂层致密性）。未来可结合边界元建模（BEM）预测复杂环境下的腐蚀分布，推动电力与交通基础设施的寿命预测技术发展。