磁場處理作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)用中備受關(guān)注的一種新型物理處理技術(shù)，其主要針對磁場、電磁場的抑垢和微生物生長等方面進(jìn)行應(yīng)用研究。

    本研究以循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中不同金屬（不銹鋼、黃銅、碳鋼）為對象進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究，并對試驗(yàn)單元內(nèi)整個(gè)金屬腐蝕體系進(jìn)行電磁場處理，旨在探究電磁場對各金屬腐蝕的影響，為用戶選擇有效、合理的防腐對策提供理論參考。

    試驗(yàn)部分

    1. 試驗(yàn)材料

    304不銹鋼、68黃銅、16Mn碳鋼。

    2. 試驗(yàn)裝置

    循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬裝置見圖1，其中，電磁處理裝置示意圖見圖2。

    圖1 循環(huán)冷卻水模擬系統(tǒng)示意圖

    圖2 電磁處理裝置示意圖

    3. 試驗(yàn)方法

    ● 靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)

    ● 動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)

    試驗(yàn)結(jié)果與分析

    1. 靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析

    1.1 電磁處理有效性分析

圖3 碳鋼靜態(tài)試驗(yàn)腐蝕速率圖

    由圖3可以看出：腐蝕速率所有曲線變化規(guī)律一致，但在電磁處理單元中，重復(fù)試驗(yàn)的碳鋼b-d電極的腐蝕速率下降要比空白試驗(yàn)快，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到350min后下降趨勢則更為明顯。為進(jìn)一步說明電磁處理作用，本研究利用積分法將測得的瞬時(shí)腐蝕速率轉(zhuǎn)換成平均腐蝕速率，然后計(jì)算得到緩蝕率接近10%。

    由此說明電磁場對碳鋼腐蝕具有抑制作用，也進(jìn)一步為磁處理在金屬防護(hù)方面的研究提供有效性依據(jù)。

    1.2 電磁場頻率對腐蝕的影響

（a）低頻段

（b）中、高頻段

圖4 不同頻率下的碳鋼腐蝕速率

    由圖4可以看出：在試驗(yàn)初期，碳鋼的腐蝕速率為整個(gè)試驗(yàn)過程的最大值，隨著腐蝕情況逐漸穩(wěn)定碳鋼電極開始鈍化。從電極腐蝕開始到鈍化過程中，隨著電磁場頻率的改變腐蝕速率也發(fā)生不同程度的變化，但規(guī)律性并不明顯。

    為此，將不同頻率的碳鋼腐蝕速率利用積分法轉(zhuǎn)換為平均腐蝕速率，與未加電磁場空白試驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：在50Hz條件下碳鋼的平均腐蝕速率最小，緩蝕效果最好，因此，選定50Hz作為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)電磁處理的激勵(lì)頻率。

    2. 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析

    2.1 腐蝕速率影響分析

    由圖5（a）、圖5（b）和平均腐蝕速率及緩蝕率表1可以看出：不銹鋼和黃銅均為耐蝕性較好的金屬材質(zhì)，由于電磁場的作用，致使不銹鋼和黃銅表面的腐蝕速度加快，耐蝕性降低，并減緩了金屬表面的鈍化。

    由圖5（c）及表1可以看出，試驗(yàn)初期碳鋼電極與流動(dòng)介質(zhì)相互作用致使腐蝕速率增加，經(jīng)過150h左右電極表面腐蝕情況基本穩(wěn)定，腐蝕速率逐漸趨于平緩下降；150h之后，電磁場處理電極較未處理電極的腐蝕速率明顯減小，且碳鋼電極平均腐蝕速率下降了2.44mpy，緩蝕率達(dá)到16.29%。

    由圖5（d）可以看出，不銹鋼經(jīng)電磁處理后的耐蝕性下降，電極表面開始溶解，并在d區(qū)域出現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕坑；黃銅電極表面氧化膜在空白試驗(yàn)中為黑色，經(jīng)電磁處理后伴有藍(lán)綠色產(chǎn)物出現(xiàn)；而碳鋼電極c2比c1附著的腐蝕垢多且包裹緊密，起到抑制了表面腐蝕的作用。這與圖5（a）、6（b）和6（c）測量曲線分析一致。

    （a）不銹鋼腐蝕速率圖

    （b）黃銅腐蝕速率圖

    （c）碳鋼腐蝕速率圖

    （d）金屬腐蝕效果圖

    圖5 金屬腐蝕速率及效果圖

    2.2 金屬點(diǎn)蝕影響分析

    由于腐蝕速率不能表示出點(diǎn)蝕的生長情況，為分析電磁場對金屬點(diǎn)蝕的影響，本研究利用9030PLUS測量儀的點(diǎn)蝕分析功能，分析了各金屬材料的點(diǎn)蝕傾向。

    具體分析方法為：設(shè)定金屬點(diǎn)蝕傾向與腐蝕速率比值為k，當(dāng)k值小于1時(shí)，點(diǎn)蝕傾向小于或接近腐蝕速率；如果k趨近于零，金屬產(chǎn)生輕微點(diǎn)蝕；當(dāng)k值大于1時(shí)，點(diǎn)蝕傾向大于腐蝕速率且不穩(wěn)定，金屬點(diǎn)蝕傾向較大；如果k大于10或很不穩(wěn)定，這說明金屬產(chǎn)生了嚴(yán)重點(diǎn)蝕。

    由表2和圖5中金屬腐蝕速率測量曲線可以看出：空白試驗(yàn)中，三種金屬電極k值范圍均小于或接近1，此時(shí)點(diǎn)蝕傾向讀數(shù)低于腐蝕速率讀數(shù)，說明點(diǎn)蝕傾向很小甚至可以忽略。經(jīng)電磁場處理后，碳鋼k值變化不明顯，這是由于受磁矩的影響，碳鋼的點(diǎn)蝕傾向隨著腐蝕速率的降低而減小；而不銹鋼和黃銅經(jīng)電磁作用后k值均大于1且波動(dòng)范圍較大，說明不銹鋼和黃銅的點(diǎn)蝕傾向讀數(shù)高于腐蝕速率讀數(shù)，此時(shí)金屬表面可能出現(xiàn)大面積的麻點(diǎn)，但還未向縱深方向進(jìn)行，如果繼續(xù)發(fā)展，點(diǎn)蝕將成為腐蝕的主要形式。

    結(jié)論

    （1）通過碳鋼的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，表明電磁場處理對碳鋼腐蝕有一定影響，碳鋼因材料性質(zhì)會(huì)在電磁場作用下使鐵磁性離子受磁矩作用而更容易吸附在金屬表面，從而阻礙與介質(zhì)溶液的相互作用，使得腐蝕速率及點(diǎn)蝕跡象均得到緩解，試驗(yàn)表明了電磁場對碳鋼材料具有抑制腐蝕的作用。

    （2）電磁場對不銹鋼和黃銅材質(zhì)的腐蝕體系起到了強(qiáng)化傳質(zhì)的作用，使金屬表面的溶解速度加快，誘發(fā)點(diǎn)蝕的帶電離子遷移更容易進(jìn)行，致使不銹鋼、黃銅的腐蝕速率加快及點(diǎn)蝕傾向增大，從而降低這兩種金屬在溶液中的耐蝕性。

    （3）本研究通過對不銹鋼、黃銅、碳鋼的腐蝕速率進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，表明了電磁場對各金屬腐蝕的影響，為用戶選擇有效、合理的防腐對策提供了理論參考。