在我國，隨著電力容量的增大和電壓等級的增高，電力接地系統的安全性和可靠性日益受到重視。長期以來，腐蝕是影響接地系統安全和服役壽命的主要危險之一。由于接地工程是隱蔽工程，因此其長期的安全可靠與否直接影響到電力工程的穩定運行。接地材料的腐蝕會導致截面變小，接地電阻增大，甚至發生斷裂，對財產和人身安全造成嚴重的威脅。接地系統所處的土壤兼具固體、氣體、液體的特性，此外還有可能由于外部因素造成的雜散電流，微生物等等，其腐蝕環境非常復雜。土壤環境中的接地材料腐蝕受到多種因素如含水量、理化性質、微生物含量等的影響，造成對接地材料腐蝕程度的差異十分明顯。如碳鋼接地材料在鷹潭酸性紅壤埋設1 a后的腐蝕速率是大港土壤中的3.8倍。因而，研究接地材料在不同土壤環境中的腐蝕行為具有重大意義。

陜西省是東西部電網的樞紐站，僅陜西境內起點和過境的特高壓電力工程就達到6條，主要分布在陜南、陜北、關中地區。而陜西省土壤地帶性分布規律性明顯，而關于陜西不同土壤介質對接地材料的腐蝕行為影響鮮有研究。

本工作采用實地投樣的方法，系統研究了Q235碳鋼、鍍銅鋼等典型接地材料在陜西境內千陽地區棕壤、宜川地區黃綿土和靖邊地區風沙土3種典型土壤中埋設5個月的腐蝕形貌、點蝕坑深度和腐蝕產物，研究不同土壤介質對典型接地材料腐蝕行為的影響，總結了不同土壤對接地材料行為的影響，為不同工作環境下接地材料的選材提供相應的數據支持。

1 實驗方法

現場埋樣用的材料為Q235碳鋼、鍍銅鋼，試樣尺寸為100 mm×50 mm×3 mm。Q235碳鋼接地材料經切割、銑邊、打孔 （編號）、酸洗、除污除油并干燥，為減少表面狀態對室外埋藏過程中的影響，將樣品的表面統一用1000#的砂紙進行打磨。鍍銅鋼鍍層厚度為0.25 mm,四邊用硅橡膠密封，露出鍍層表面要進行除污除油處理。

選取寶雞市千陽地區棕壤、延安市宜川地區黃綿土和榆林市靖邊地區風沙土3種陜西省地帶性分布的典型土壤作為埋樣的土壤介質。埋樣深度約為1 m,每種材料埋設4個平行樣，并行排列在同一深度，并垂直插入土壤中，試片之間及試片與坑邊之間的距離不少于15 cm。于2016年9月至2017年2月埋設5個月后，取回試樣進行分析。

采用數碼相機和Quanta250環境掃描電子顯微鏡 （SEM） 來觀察試樣表面的腐蝕形貌，及AMETEK Apollo-X型能譜儀 （EDS） 進行成分分析；利用inVia-Reflex激光顯微拉曼光譜儀對腐蝕產物進行分析，激光波長為532/632 nm;按照標準“GB/T 16545-1996金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產物的清除”去除試樣表面的腐蝕產物[10];采用Keyence VK-250激光共聚焦顯微鏡的3D輪廓測量功能來測量點蝕坑深度；SEM下觀察去除產物后的微觀形貌。

2 結果與討論

2.1 宏觀腐蝕形貌分析

圖1和2分別為Q235碳鋼和鍍銅鋼在3種土壤環境中埋設5個月后的表面宏觀形貌圖。從圖中可看出，Q235碳鋼試樣在千陽土壤中，表面上有明顯的均勻紅褐色疏松的銹層產生；在宜川土壤中，試樣表面僅存在特別少量的斑點狀紅銹；在靖邊土壤中，也存在明顯的褐紅色銹，且由于土壤空隙度不同形成局部銹蝕的現象。而鍍銅鋼在千陽和靖邊土壤中，表面生成斑點狀的綠銹，與基體結合非常緊密，以極少量的局部腐蝕為主，在宜川土壤中未產生明顯的銹。

2.2 微觀腐蝕形貌分析

圖3和4為Q235碳鋼在3種土壤環境中埋設5個月后的腐蝕微觀形貌。由圖可見，碳鋼在千陽、宜川土壤中局部區域分布著大塊分層的腐蝕產物，底層腐蝕產物較為緊密，表層腐蝕產物相對疏松。在靖邊土壤中，腐蝕產物呈現顆粒狀，與另外兩種土壤中的腐蝕產物形貌不同。由去除表面腐蝕產物后的微觀形貌可以看出，3種土壤中Q235碳鋼表面均出現銹層的大面積脫落，出現較深的點蝕坑，點蝕坑也較為平整。除宜川土壤外，其他土壤中Q235碳鋼表面，在大的點蝕坑底部及附近區域出現一些更多的小坑。可以推測，基體表面初期形成大量小而淺的點蝕坑，后連通一片，最后形成較深的潰瘍狀點蝕坑。

從圖5中可以看出，經過5個月埋設后，鍍銅鋼在宜川土壤中未見明顯的腐蝕產物，而在千陽土壤中腐蝕產物以團狀的方式團聚在一起，形成丘陵狀腐蝕產物層，零散分布在試樣表面；在靖邊土壤中產生的腐蝕產物相對致密，呈顆粒狀。

2.3 腐蝕產物分析

圖6和7給出了Q235碳鋼、鍍銅鋼在3種土壤中的腐蝕產物EDS能譜分析結果。從圖中可以看出，Q235碳鋼表面的腐蝕產物中，含量最多的元素為Fe、O,還有少量來自土壤或基體的C、Si、Ca等，因此在Q235碳鋼表面銹主要為Fe的腐蝕產物。鍍銅鋼的腐蝕產物中主要含有Cu、O、C等元素。

激光拉曼光譜能夠原位分析腐蝕產物微量相成分，尤其對表面很薄的銹層有較好的靈敏度和分辨率。圖8所示的為3種土壤環境中Q235碳鋼腐蝕產物拉曼光譜分析結果，千陽土壤中，腐蝕產物主要峰值為：253、265、380、420、526、645、1054和1307 cm-1,對比鐵的氧化物拉曼光譜的特征峰位，253、380、526、1054和1307 cm-1符合γ-FeOOH的特征峰值，265、645 cm-1符合α-Fe2O3的特征峰值，526 cm-1符合Fe3O4的特征峰值。結合EDS和拉曼分析可以得出，Q235碳鋼在寶雞土壤中埋設初期的主要腐蝕產物為γ-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4。

Q235碳鋼在宜川土壤中腐蝕產物拉曼光譜分析結果顯示，主要峰值為：218、269、286、320、385、505、560和1309 cm-1[13],主要峰值符合α-FeOOH、γ-FeOOH、α-Fe2O3的特征峰值。此外還存在Fe3O4的特征峰值。在靖邊土壤中腐蝕產物主要峰值為：245、265、392、660、711、1073和1304 cm-1,符合γ-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4的特征峰值。

鍍銅鋼在宜川土壤中未見明顯腐蝕產物，在其他兩種土壤中主要腐蝕產物為Cu2O和CuCO3?Cu（OH）2,如圖9所示。

2.4 點蝕坑深度測量

運用3D激光共聚焦顯微鏡對千陽土壤埋設5個月的Q235碳鋼腐蝕坑進行了測量，如圖10所示。可知去除腐蝕產物后，鍍銅鋼在千陽和靖邊土壤中點蝕坑深度普遍在10 μm左右，在宜川土壤中未見明顯蝕坑，腐蝕較為輕微，Q235碳鋼去除腐蝕產物后發現極為嚴重的局部腐蝕，在寶雞土壤中出現深度325 μm的點蝕坑，而在宜川和榆林土壤中最深點蝕坑深度分別為109.98和148.32 μm。

2.5 典型接地材料在陜西土壤中的腐蝕機理分析

實驗用的3種土壤在土質上有很大區別。千陽地區土壤比較細膩，保濕性較好，含水量也最高，其土壤有機物含量高，微生物數量多，加之較低的土壤電阻率，對接地材料造成嚴重的腐蝕；宜川地區土壤為黃綿土土質，土壤疏松，含水量較低，有機質含量低，對接地材料的腐蝕性較差；靖邊地區土壤為典型風沙土，含沙量較大，孔隙率較高，易于外界氧的擴散，且呈現鹽堿性，促進了接地材料的腐蝕。

Q235在土壤中的初期腐蝕以局部腐蝕為主，并且隨時間延長，腐蝕形貌由局部腐蝕發展為不均勻的全面腐蝕。其腐蝕產物的形成機理是：Fe基體首先陽極溶解生成Fe2+,Fe2+與陰極反應產物OH-反應生成Fe（OH）2,其在有氧的條件下氧化生成FeOOH;部分FeOOH會逐漸脫水形成Fe2O3,或被還原生成Fe3O4。腐蝕反應如下：

鍍銅鋼在土壤介質埋設初期，一方面由于銅極易被氧化，容易形成較致密的Cu2O膜層，可以阻擋土壤中腐蝕介質與銅基體繼續發生電化學反應，表現出良好的耐蝕性。另一方面，在堿性土壤介質中有一部分Cu2+與HCO3-作用，生成了堿式碳酸銅。腐蝕反應如下：

3 結論

（1）在陜西省3種典型土壤中埋置五個月后，兩種接地材料的耐蝕性為：鍍銅鋼的腐蝕程度遠低于Q235碳鋼，僅產生少量的腐蝕產物，點蝕深度較小，表現出良好的耐蝕性；Q235碳鋼表現為表面不均勻的全面腐蝕，點蝕程度嚴重。

（2）陜西省3種典型土壤在含水量、離子含量、孔隙度和有機質含量等方面差異明顯，因而表現出對接地材料的腐蝕性差異，3種土壤對碳鋼材料腐蝕由強到弱依次為千陽土壤>靖邊土壤>宜川土壤。

（3）Q235碳鋼的腐蝕產物主要為Fe2O3,FeOOH、Fe3O4,鍍銅鋼主要為Cu2O和CuCO3?Cu（OH）2。