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低碳钢在模拟深地质处置环境中的腐蚀行为

低碳钢在模拟深地质处置环境中的腐蚀行为

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作者：文怀梁中国科学技术大学

学位级别：硕士

高放废物因其毒性大、半衰期长、放射性强,必须采用有效的处置方法将其同人类生活圈隔离起来。我国拟采用深地质处置的方案对高放废物进行处置。金属处置罐是深地质处置方案中防止高放废物泄露扩散的第一道人工屏障,可防止高放废物向周... 详细信息

高放废物因其毒性大、半衰期长、放射性强,必须采用有效的处置方法将其同人类生活圈隔离起来。我国拟采用深地质处置的方案对高放废物进行处置。金属处置罐是深地质处置方案中防止高放废物泄露扩散的第一道人工屏障,可防止高放废物向周围环境泄漏。低碳钢作为处置罐候选材料之一,其表面在受到地下水浸泡时将发生腐蚀。研究低碳钢在模拟深地质处置环境中的腐蚀行为将为评价其作为罐体材料的可行性和预测其服役寿命提供依据。本文采用开路电位监测,动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了hco3-、 cl和so42-的浓度对低碳钢在模拟高放废物地质处置环境中的活化／钝化腐蚀倾向的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察了表面腐蚀形貌,用X-射线衍射(XRD)对腐蚀产物进行了物相分析。研究发现,在仅含hco3-的无氧溶液中,hco3-会同时促进阳极的低碳钢溶解过程和阴极的析氢过程。低碳钢的开路电位随浸泡时间的延长和hco3-浓度的升高而正移;当hco3-浓度为0.01mol/L时,低碳钢最终处于活性溶解(活化)状态,表面的电化学反应过程由电荷转移控制;当HC03-浓度达到0.02mol/L及以上时,低碳钢最终处于钝化状态,表面的电化学反应过程由扩散控制。在无氧0.01mol/L hco3-溶液中加入cl-或者S042-,或者同时加入cl-和S042-后,低碳钢表面腐蚀产物主要为α-FeOOH、Fe3O4和Fe2(OH)2CO3,在0.01mol/L hco3-+cl-溶液中还生成了γ-FeOOH。低碳钢始终都处于活性溶解状态,表面发生均匀腐蚀。在无氧0.05mol/L hco3-溶液中加入cl-(并且C1-浓度低于0.2mol/L)或者加入S042-(并且so42-浓度低于0.1mol/L),或者同时加入C1-和so42-后,低碳钢表面腐蚀产物主要为a-FeOOH、Fe304和Fe2(OH)2CO3。低碳钢处于过钝化状态,表面发生局部腐蚀,而且局部腐蚀程度随cl-和so42-浓度的升高而加重。

关键词：低碳钢高放废物处置腐蚀活化/钝化 hco3-/cl-/so42-

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