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主作者与研究机构及发表信息
本研究的主要作者为Abdulrahman B. Khudhair和Furat I. Hussein，均来自伊拉克巴格达大学（University of Baghdad）的Al-Khwarizmi工程学院机电工程系。该研究于2024年7月在期刊《Results in Engineering》上发表，文章标题为“Implementation of a control and monitoring system for a cathodic protection cell to mitigate localized corrosion in fixed and mobile steel structures”。
学术背景
本研究属于材料科学与腐蚀防护领域，旨在解决钢铁结构在特定环境中因局部腐蚀导致的失效问题。低合金钢因其成本低廉、易加工以及优越的机械性能，广泛应用于建筑和汽车工业中。然而，这些材料在接触化学物质或高湿度环境时容易发生锈蚀和腐蚀。传统的阴极保护技术（Cathodic Protection, CP）虽然有效，但在固定和移动结构上的应用存在局限性，例如复杂的几何形状区域难以覆盖，或者在缺乏自然电解质的情况下无法实施保护。因此，研究团队提出了一种新颖的局部阴极保护方法——即采用强制电流阴极保护单元（Impressed Current Cathodic Protection Cell, ICCPC），以应对这些挑战。研究的目标是开发一种针对特定区域的高效防腐系统，同时降低传统全面CP技术的成本和复杂性。
研究流程
本研究的工作流程分为以下几个主要步骤：
材料选择与制备
研究对象为冷轧低碳钢板（DC01 EN10130，等效于AISI 1010标准），其厚度为1.2毫米，尺寸为300毫米×300毫米。阳极为相同合金标准的废金属片，尺寸为35毫米×35毫米，厚度为1毫米。研究团队还开发了一种人工电解质，由掺杂离子固体粉末的聚氨酯泡沫制成。这种人工电解质能够吸收水分并形成导电离子结构，在干燥后恢复绝缘状态。
ICCP单元的设计与组装
ICCPC由阳极、阴极和人工电解质三部分组成。人工电解质被夹在阳极和阴极之间，通过聚合物配件紧密固定在金属结构表面的特定区域。每个ICCP单元覆盖的面积约为阳极表面积大小。
实验设置与控制系统
研究团队设计了一个基于LabVIEW软件的PID控制器（比例-积分-微分控制器），用于实时监控和调节保护系统的电气特性。实验装置包括土壤湿度传感器、铜/硫酸铜参考电极（CCS）和INA219模块传感器，分别用于检测湿度水平、测量电位差和监测电流、电压及功率消耗。整个系统通过外部直流电源供电，并通过双全桥驱动器LM298N向阴极提供恒定电流。
实验过程
实验分为两部分：第一部分测试了不同湿度条件下ICCP单元的电气特性变化；第二部分分析了喷洒不同浓度氯化钠（NaCl）溶液对ICCP单元性能的影响。实验持续两天，温度范围为27°C至35°C。此外，研究团队还使用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱仪（EDS）对金属表面的形貌和化学成分进行了分析。
主要结果
1. 湿度对ICCP单元性能的影响
当湿度从10%增加到100%时，ICCP单元的保护电位、电流和功率分别增加了411%、688.74%和2842.3%。这表明人工电解质在高湿度环境下显著提高了导电性和保护效率。
NaCl溶液浓度的影响
在湿度为30%的条件下，将NaCl溶液浓度从1.5%提高到3.5%，保护电位、电流和功率分别增加了13.7%、26.3%和43.5%。这一结果表明ICCP单元对环境中的离子浓度变化具有良好的响应能力。
SEM与EDS分析
SEM图像显示，ICCP单元覆盖区域的金属表面保持清洁且无氧化迹象，而未覆盖区域则出现了显著的铁氧化物层。EDS分析进一步证实，未覆盖区域的铁（Fe）和碳（C）含量分别从57.1%和41.4%下降到47.0%和22.4%，而氧（O）含量从1.6%增加到30.6%。这表明ICCP单元成功抑制了局部腐蚀的发生。
结论与意义
本研究表明，ICCP单元结合PID控制器是一种有效的局部腐蚀防护方法，能够在无需全面CP处理的情况下保护特定区域。这种方法不仅降低了成本和复杂性，还适用于固定和移动结构中的复杂几何区域。研究结果对开发针对螺栓、焊接点等局部区域的防腐策略具有重要意义。
研究亮点
1. 创新性方法：提出了局部ICCP单元的概念，解决了传统CP技术在特定区域应用中的局限性。
2. 人工电解质的开发：设计了一种可重复使用的聚氨酯基人工电解质，能够在高湿度环境下快速激活保护系统。
3. PID控制器的应用：通过LabVIEW实现的PID控制器能够快速稳定保护电位在-850 mV，确保高效的防腐效果。
其他有价值内容
研究团队还强调了人工电解质的可持续性及其在缺乏自然电解质环境中的适用性。此外，本研究为未来开发更智能、更高效的腐蚀防护系统提供了理论基础和技术支持。