在我国，随着电力容量的增大和电压等级的增高，电力接地系统的安全性和可靠性日益受到重视。长期以来，腐蚀是影响接地系统安全和服役寿命的主要危险之一。由于接地工程是隐蔽工程，因此其长期的安全可靠与否直接影响到电力工程的稳定运行。接地材料的腐蚀会导致截面变小，接地电阻增大，甚至发生断裂，对财产和人身安全造成严重的威胁。接地系统所处的土壤兼具固体、气体、液体的特性，此外还有可能由于外部因素造成的杂散电流，微生物等等，其腐蚀环境非常复杂。土壤环境中的接地材料腐蚀受到多种因素如含水量、理化性质、微生物含量等的影响，造成对接地材料腐蚀程度的差异十分明显。如碳钢接地材料在鹰潭酸性红壤埋设1 a后的腐蚀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环境中的腐蚀行为具有重大意义。
陕西省是东西部电网的枢纽站，仅陕西境内起点和过境的特高压电力工程就达到6条，主要分布在陕南、陕北、关中地区。而陕西省土壤地带性分布规律性明显，而关于陕西不同土壤介质对接地材料的腐蚀行为影响鲜有研究。
本工作采用实地投样的方法，系统研究了Q235碳钢、镀铜钢等典型接地材料在陕西境内千阳地区棕壤、宜川地区黄绵土和靖边地区风沙土3种典型土壤中埋设5个月的腐蚀形貌、点蚀坑深度和腐蚀产物，研究不同土壤介质对典型接地材料腐蚀行为的影响，总结了不同土壤对接地材料行为的影响，为不同工作环境下接地材料的选材提供相应的数据支持。
1 实验方法
现场埋样用的材料为Q235碳钢、镀铜钢，试样尺寸为100 mm×50 mm×3 mm。Q235碳钢接地材料经切割、铣边、打孔 （编号）、酸洗、除污除油并干燥，为减少表面状态对室外埋藏过程中的影响，将样品的表面统一用1000#的砂纸进行打磨。镀铜钢镀层厚度为0.25 mm,四边用硅橡胶密封，露出镀层表面要进行除污除油处理。
选取宝鸡市千阳地区棕壤、延安市宜川地区黄绵土和榆林市靖边地区风沙土3种陕西省地带性分布的典型土壤作为埋样的土壤介质。埋样深度约为1 m,每种材料埋设4个平行样，并行排列在同一深度，并垂直插入土壤中，试片之间及试片与坑边之间的距离不少于15 cm。于2016年9月至2017年2月埋设5个月后，取回试样进行分析。
采用数码相机和Quanta250环境扫描电子显微镜 （SEM） 来观察试样表面的腐蚀形貌，及AMETEK Apollo-X型能谱仪 （EDS） 进行成分分析；利用inVia-Reflex激光显微拉曼光谱仪对腐蚀产物进行分析，激光波长为532/632 nm;按照标准“GB/T 16545-1996金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除”去除试样表面的腐蚀产物[10];采用Keyence VK-250激光共聚焦显微镜的3D轮廓测量功能来测量点蚀坑深度；SEM下观察去除产物后的微观形貌。
2 结果与讨论
2.1 宏观腐蚀形貌分析
图1和2分别为Q235碳钢和镀铜钢在3种土壤环境中埋设5个月后的表面宏观形貌图。从图中可看出，Q235碳钢试样在千阳土壤中，表面上有明显的均匀红褐色疏松的锈层产生；在宜川土壤中，试样表面仅存在特别少量的斑点状红锈；在靖边土壤中，也存在明显的褐红色锈，且由于土壤空隙度不同形成局部锈蚀的现象。而镀铜钢在千阳和靖边土壤中，表面生成斑点状的绿锈，与基体结合非常紧密，以极少量的局部腐蚀为主，在宜川土壤中未产生明显的锈。
2.2 微观腐蚀形貌分析
图3和4为Q235碳钢在3种土壤环境中埋设5个月后的腐蚀微观形貌。由图可见，碳钢在千阳、宜川土壤中局部区域分布着大块分层的腐蚀产物，底层腐蚀产物较为紧密，表层腐蚀产物相对疏松。在靖边土壤中，腐蚀产物呈现颗粒状，与另外两种土壤中的腐蚀产物形貌不同。由去除表面腐蚀产物后的微观形貌可以看出，3种土壤中Q235碳钢表面均出现锈层的大面积脱落，出现较深的点蚀坑，点蚀坑也较为平整。除宜川土壤外，其他土壤中Q235碳钢表面，在大的点蚀坑底部及附近区域出现一些更多的小坑。可以推测，基体表面初期形成大量小而浅的点蚀坑，后连通一片，最后形成较深的溃疡状点蚀坑。
从图5中可以看出，经过5个月埋设后，镀铜钢在宜川土壤中未见明显的腐蚀产物，而在千阳土壤中腐蚀产物以团状的方式团聚在一起，形成丘陵状腐蚀产物层，零散分布在试样表面；在靖边土壤中产生的腐蚀产物相对致密，呈颗粒状。
2.3 腐蚀产物分析
图6和7给出了Q235碳钢、镀铜钢在3种土壤中的腐蚀产物EDS能谱分析结果。从图中可以看出，Q235碳钢表面的腐蚀产物中，含量最多的元素为Fe、O,还有少量来自土壤或基体的C、Si、Ca等，因此在Q235碳钢表面锈主要为Fe的腐蚀产物。镀铜钢的腐蚀产物中主要含有Cu、O、C等元素。
激光拉曼光谱能够原位分析腐蚀产物微量相成分，尤其对表面很薄的锈层有较好的灵敏度和分辨率。图8所示的为3种土壤环境中Q235碳钢腐蚀产物拉曼光谱分析结果，千阳土壤中，腐蚀产物主要峰值为：253、265、380、420、526、645、1054和1307 cm-1,对比铁的氧化物拉曼光谱的特征峰位，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。结合EDS和拉曼分析可以得出，Q235碳钢在宝鸡土壤中埋设初期的主要腐蚀产物为γ-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4。
Q235碳钢在宜川土壤中腐蚀产物拉曼光谱分析结果显示，主要峰值为：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。此外还存在Fe3O4的特征峰值。在靖边土壤中腐蚀产物主要峰值为：245、265、392、660、711、1073和1304 cm-1,符合γ-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4的特征峰值。
镀铜钢在宜川土壤中未见明显腐蚀产物，在其他两种土壤中主要腐蚀产物为Cu2O和CuCO3?Cu（OH）2,如图9所示。
2.4 点蚀坑深度测量
运用3D激光共聚焦显微镜对千阳土壤埋设5个月的Q235碳钢腐蚀坑进行了测量，如图10所示。可知去除腐蚀产物后，镀铜钢在千阳和靖边土壤中点蚀坑深度普遍在10 μm左右，在宜川土壤中未见明显蚀坑，腐蚀较为轻微，Q235碳钢去除腐蚀产物后发现极为严重的局部腐蚀，在宝鸡土壤中出现深度325 μm的点蚀坑，而在宜川和榆林土壤中最深点蚀坑深度分别为109.98和148.32 μm。
2.5 典型接地材料在陕西土壤中的腐蚀机理分析
实验用的3种土壤在土质上有很大区别。千阳地区土壤比较细腻，保湿性较好，含水量也最高，其土壤有机物含量高，微生物数量多，加之较低的土壤电阻率，对接地材料造成严重的腐蚀；宜川地区土壤为黄绵土土质，土壤疏松，含水量较低，有机质含量低，对接地材料的腐蚀性较差；靖边地区土壤为典型风沙土，含沙量较大，孔隙率较高，易于外界氧的扩散，且呈现盐碱性，促进了接地材料的腐蚀。
Q235在土壤中的初期腐蚀以局部腐蚀为主，并且随时间延长，腐蚀形貌由局部腐蚀发展为不均匀的全面腐蚀。其腐蚀产物的形成机理是：Fe基体首先阳极溶解生成Fe2+,Fe2+与阴极反应产物OH-反应生成Fe（OH）2,其在有氧的条件下氧化生成FeOOH;部分FeOOH会逐渐脱水形成Fe2O3,或被还原生成Fe3O4。腐蚀反应如下：
镀铜钢在土壤介质埋设初期，一方面由于铜极易被氧化，容易形成较致密的Cu2O膜层，可以阻挡土壤中腐蚀介质与铜基体继续发生电化学反应，表现出良好的耐蚀性。另一方面，在碱性土壤介质中有一部分Cu2+与HCO3-作用，生成了碱式碳酸铜。腐蚀反应如下：
3 结论
（1）在陕西省3种典型土壤中埋置五个月后，两种接地材料的耐蚀性为：镀铜钢的腐蚀程度远低于Q235碳钢，仅产生少量的腐蚀产物，点蚀深度较小，表现出良好的耐蚀性；Q235碳钢表现为表面不均匀的全面腐蚀，点蚀程度严重。
（2）陕西省3种典型土壤在含水量、离子含量、孔隙度和有机质含量等方面差异明显，因而表现出对接地材料的腐蚀性差异，3种土壤对碳钢材料腐蚀由强到弱依次为千阳土壤>靖边土壤>宜川土壤。
（3）Q235碳钢的腐蚀产物主要为Fe2O3,FeOOH、Fe3O4,镀铜钢主要为Cu2O和CuCO3∙Cu（OH）2。