近年来，我国提出“碳达峰、碳中和”(双碳)目标，将通过发展新能源技术以及节能减排技术来降低人类生产生活过程中所产生的碳排放量，从而达到相对的“零排放”状态^[1]。太阳能作为可再生能源，具有无毒、无害、无污染等特点，其以自身的低碳和可持续性吸引着越来越多国家的研究者对其开发研究。目前光伏发电作为最直接的太阳能应用方式被大规模发展并利用。光伏发电项目的建设周期较短，其中支架基础是后续光伏支架安装的前道工序，是整个项目建设中至关重要的一环。光伏桩基支架是确保光伏板稳定持续应用的前提，桩基支架因土壤腐蚀失效会造成巨大的经济损失，并影响集中式光伏发电产业的开发利用。因此，开展不同光伏桩基材料在特定土壤环境中的腐蚀性研究非常重要，研究不同桩基材料在服役过程中的腐蚀行为和规律，对桩基材料的寿命预估具有重大的指导意义。

目前，我国常用的光伏桩基材料包括普碳钢(如Q355B)、热镀锌钢、耐蚀钢等。普碳钢在土壤环境中的腐蚀性较差，因其腐蚀速率较快正在被其他材料所取代。耐蚀钢因添加微量耐蚀合金而具有较优的环境耐蚀性，其腐蚀电位较高，抗土壤腐蚀能力较强。闫风洁等^[2]利用室内加速实验和电化学测试并结合腐蚀产物扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析研究了纯Cu在碱性土壤中的腐蚀行为。研究表明，在碱性土壤中纯Cu具有明显的钝化特征，表面致密的腐蚀产物将腐蚀性离子与基体金属隔离，抑制氧的扩散。杜鹤^[3]分别采用电偶加速和电解加速法研究了碳钢在大港土壤中的腐蚀行为。结果表明，电偶加速法和电解加速法能获得较大的腐蚀加速比，但腐蚀机理与实际情况存在差异。聂向辉等^[4]利用土壤模拟加速实验研究了Q235钢在滨海盐土中的腐蚀行为。结果表明，含水量及温度对Q235钢的腐蚀行为具有较大影响，在过高或过低含水量的土壤中Q235钢的腐蚀速率均较低。本文以新疆地区典型的碱性土壤作为腐蚀介质，分别采用现场埋样与室内土壤加速腐蚀实验研究Q355B普碳钢和两种耐蚀钢在碱性土壤中的腐蚀行为。采用SEM、能谱仪(EDS)以及XRD等分析方法对3种光伏桩基用钢进行腐蚀形貌、腐蚀产物的表征分析，旨在为光伏桩基材料的选择和寿命预估提供参考。

实验材料为Q355B普碳钢及两种耐蚀钢，具体化学成分见表1所示。现场土壤埋置试样尺寸为75 mm × 50 mm × 3 mm，室内土壤加速实验试样尺寸为35 mm × 20 mm × 3 mm，所有试样表面经磨床磨光，侧边铣，除油、清洗、干燥后采用精度为0.1 mg的电子天平称重，记录试样原始重量。每种条件下试样平行样为4片。

室内实验土壤取自新疆某地区光伏现场，取土深度约为1 m，与现场埋样试样深度及后续光伏桩基埋深一致。现场土壤中主要离子含量及理化参数为：K⁺ 0.0178%，Na⁺ 0.4844%，Ca²⁺ 0.6401%，Mg²⁺ 0.0164%，SO42- 1.4620%，Cl^- 0.3553%，NO3- 0.0054%，CO32- + HCO3- 0.0068%，pH为6.37。采集的现场土壤经干燥、人工研磨并过20目筛，置于110℃烘干箱内干燥6 h。

现场埋设地点为新疆某地区光伏现场，按照GB/T39637-2020《金属和合金的腐蚀土壤环境腐蚀性分类》对试样进行埋置。试样埋设深度为1 m，试样腐蚀周期为30 d。室内土壤加速腐蚀实验采用北京科技大学自制的土壤腐蚀模拟加速实验箱进行，土壤温度为70℃，土壤含水量通过加速箱控制在5%~27%，干湿循环交替(一个循环周期时间为24 h)。室内加速实验周期为10 d，试样经清除表面浮土、清洗、除锈(除锈液：500 mL浓盐酸 + 3.5 g六次甲基四胺，添加去离子水至1000 mL)、干燥后测量试样失重、腐蚀形貌。

采用PARSTAT 3F电化学工作站对3种材料在现场土壤中的电化学行为进行测试。实验采用三电极体系，工作电极为3种光伏桩基用钢，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，对电极为铂电极。将电极插入土壤中，待开路电位稳定后进行动电位极化曲线的测量。动电位极化曲线的扫描范围为-0.8 V~0.2 V(相对于参比电极)，扫描速率为0.33 mV/s。现场实验及室内土壤加速腐蚀实验结束后，采用FEI Quanta 250型SEM对试样腐蚀形貌进行观察，结合EDS确定腐蚀产物元素含量。采用XRD分析试样腐蚀后锈层物相，扫描速率为2°/min，衍射角扫描范围为10°~80°。

图1为3种光伏桩基用钢在现场土壤中的动电位极化曲线。可以看出，Q355B普碳钢的腐蚀电位(E_corr)最小，为-545 mV，而其余两种耐蚀钢均大于普碳钢，耐蚀钢A为-467 mV，耐蚀钢B为-413 mV。普碳钢与耐蚀钢的极化曲线存在明显不同，两种耐蚀钢的极化曲线则具有相同的趋势，这说明普碳钢与耐蚀钢腐蚀的电化学机理存在明显差异。对比3种钢的阴极区域可以看出，普碳钢的阴极电流大于两种耐蚀钢，耐蚀钢阴极电流没有明显差异，这表明耐蚀钢中微合金的添加抑制了钢表面阴极反应的进行。普碳钢的阳极区间同样存在较大的腐蚀电流，其阳极溶解过程较耐蚀钢更易发生，因而普碳钢具有较低的耐蚀性。观察阳极区间看出两种耐蚀钢均存在较小的钝化区间，耐蚀钢A和B的破钝电位(E_b)分别为-385和-368 mV。

图2为3种光伏桩基用钢在新疆碱性土壤腐蚀30 d和室内土壤加速实验10 d后的宏观腐蚀形貌。由室外腐蚀形貌(图2a~c)可知，普碳钢的表面均匀布满红褐色的腐蚀产物，腐蚀形貌可判断为均匀的全面腐蚀。锈层存在明显的分层现象，外表层主要为疏松的土壤颗粒及Fe的氧化物，内锈层结构致密，呈黑褐色。与普碳钢相比，两种耐蚀钢腐蚀形貌为全面腐蚀，两种耐蚀钢表面部分区域裸露着金属表面，表面并未全部腐蚀。两种耐蚀钢腐蚀区域的锈层同样为红褐色，但表面锈层较普碳钢更为致密。而室内土壤加速实验的3种试样表面均发生全面腐蚀，且腐蚀锈层较厚。表面锈层中掺杂着土壤颗粒，且局部区域锈层颜色加深，呈黑色。这表明室内土壤加速实验具有较强的腐蚀加速效果。

图3为3种光伏桩基用钢在现场土壤腐蚀30 d后的腐蚀产物形貌。由图可知，普碳钢表面锈层较为疏松，腐蚀产物以块状颗粒为主；其中，部分区域存在针状腐蚀产物。两种耐蚀钢表面腐蚀产物较为紧密，腐蚀产物结合呈片状平铺于试样表面，对内部金属具有较好的保护作用，从而抑制金属进一步腐蚀。图4为3种光伏桩基用钢在现场土壤腐蚀30 d后的腐蚀产物EDS图。结果表明，普碳钢的腐蚀产物中主要为Fe、Mn、Ca、Si、O、Cl等元素，其中，Ca、Si、Cl等主要来自土壤介质中，而Mn作为普碳钢Q355B的主要金属元素，在金属腐蚀过程中起到一定的耐蚀作用^[5]。两种耐蚀钢与普碳钢相比，除了Fe、Mn、Ca、Si、O、Cl等元素外，EDS结果中存在少量的Cr，且O含量明显降低。耐蚀钢中Cr的添加一定程度上提高了金属的耐蚀性^[6]。

图5为3种光伏桩基用钢在现场土壤腐蚀30 d后和室内土壤加速腐蚀10 d后的腐蚀产物XRD谱。由分析结果可知，现场及室内加速实验中3种光伏桩基用钢的腐蚀产物相基本一致，均主要为Fe的氧化物，包括α-FeOOH和γ-FeOOH。不同的是，两种耐蚀钢的腐蚀产物中α-FeOOH的含量较多。一般而言，α-FeOOH具有更加致密的结构，具有高含量α-FeOOH的锈层对金属的保护性更加优异^[7]。3种光伏桩基用钢在室内土壤加速实验后产生的锈层中α-FeOOH的含量比现场埋置试样高，说明加速实验使得试样腐蚀更快，更易形成稳定致密的锈层。

图6是现场埋样和室内加速腐蚀实验条件下3种光伏桩基用钢的腐蚀速率。由图可知，现场埋样中Q355B普碳钢具有最大的腐蚀速率，为2.184 g·m^-2·d^-1，两种耐蚀钢腐蚀速率均低于普碳钢。室内土壤加速实验结果表明普碳钢在干湿循环条下腐蚀失重最大，可达到82.876 g·m^-2·d^-1。腐蚀加速比为加速腐蚀与现场土壤腐蚀速率的比值，经计算可知，3种光伏桩基用钢加速比分别为：Q355B普碳钢为37.947，耐蚀钢A为37.165，耐蚀钢B为38.471。这表明室内加速实验具有非常显著的加速效果，加速比值基本保持在37.0~38.5之间。朱亦晨等^[8]通过现场埋设及室内加速腐蚀实验研究了多种典型接地材料在红壤环境中的腐蚀行为。结果表明，腐蚀加速比值介于4.5~7.0之间。然而本实验中计算的加速比较大，这是因为实验温度与干湿交替过程下土壤腐蚀性较大。

(1) 现场土壤中3种试样电化学行为显示，Q355B普碳钢腐蚀电位及腐蚀电流最大，其次为耐蚀钢A，耐蚀钢B最小。两种耐蚀钢均表现出钝化现象，耐蚀钢A的E_b为-385 mV低于耐蚀钢B(E_b=-368 mV)。

(2) 现场及室内加速土壤腐蚀结果显示，3种材料均具有全面腐蚀特征，而在现场土壤中两种耐蚀钢具有不均匀全面腐蚀特征。

(3) 3种光伏桩基用钢在新疆碱性土壤中的腐蚀产物主要为Fe的氧化物，包括α-FeOOH和γ-FeOOH，室内土壤加速试样的腐蚀产物中α-FeOOH均大于现场埋置试样。

(4) 现场埋片和室内加速实验表明，3种光伏桩基用钢具有基本相同的腐蚀加速比，约为37.0~38.5，新疆碱性土壤环境具有较强的腐蚀性。