金属材料在海洋中的腐蚀与防护01.doc

金属材料在海洋中的腐蚀与防护 摘要：沿海工业发展，海洋资源的开发和利用，离不开海上基础设施的建设。由于海洋 苛刻的腐蚀环境，金属材料结构及构造物的腐蚀不可避免。为了减少腐蚀，我们必须采取相 应防护，目前阴极防护技术及海洋防蚀材料的发展，已经让金属的腐蚀得到一定的控制，并 且随着技术的不断深化，海洋金属的腐蚀一定会得到更好的控制。 关键词：金属材料；海洋腐蚀环境；海洋腐蚀类型；阴极保护技术；海洋防蚀材料 腐蚀是金属与其所处的环境之间的化学或电化学相互作用，受材料特性和环境特性所支 配，其结果，改变了金属的性质。一般设施的建设都要经过设计阶段，其中防腐蚀设计是保 证工程设施使用寿命的重要步骤。沿海工业建设，海洋资源开发和海洋经济的发展离不开海 洋腐蚀研究。下面介绍一下各种不同的还有腐蚀环境和影响腐蚀的因素以及腐蚀类型。 海洋腐蚀环境——海水含盐量一般在 3%左右，是天然的强电解质。大多数常用的金属 结构材料受海水或海洋大气的腐蚀并且材料的耐腐蚀性能随暴露条件的不同而发生很大的 变化。为方便起见，通常将海洋腐蚀环境分为 5 个区带：海洋大气区，海洋飞溅区，海水潮 差区，海水全浸区以及海底泥土区。各区环境条件及腐蚀行为见下表： 图 1-1——环境的分类 升高而加强。温度越搞腐蚀性越强。 不同因素相互作用引起的，包括水分的 响等。  1． 水分的影响---对大气腐蚀产生重要影响的是表面水分的含量，它直接影响到金  属的腐蚀速度和腐蚀机理。根据实验结果，钢、铜、锌等金属在相对湿度  50%~70%以下的空气中腐蚀轻微。金属表面所覆盖水膜的厚度和腐蚀度之间的  关系如下图示。在Ⅰ区域中，水分子层或不完整的单分子层，腐蚀反应基本是  氧化反应，常温下腐蚀速度很低；在Ⅱ区的水分子尽管用肉眼看不见，但其厚  度有数 10 个水分子层甚至 100 个水分子层，次部分发生金属在水溶液中的电化  学腐蚀，一般大气中的腐蚀是在该状态中发生的，随着水膜层厚度的增加腐蚀  速度变大；在Ⅲ区水分子的存在可以用肉眼看见，水分子层厚度 1 微米以上存  在的金属表面腐蚀，由于通过水层氧的扩散量所控制，所以腐蚀速度变低，在  Ⅳ区域内与浸渍在水溶液中金属的腐蚀相类似。 图 1-2 为金属表面上水层厚度和腐蚀速度之间的关系 2． 尘埃的影响---从大气中，尘埃并附着在金属表面的尘埃与腐蚀性有着密切的关  系。附着的尘埃在金属表面上持续一段时间，就会引起腐蚀，尤其易引起点蚀。 3． 二 氧 化 硫的 影 响 --- S02 的 平 均 浓度 在 严重 污 染的 地 带 可达 （ 0.01~0.1 ）  *10^(-4)%，但是 S02 一般是溶解在金属表面的水分中，在锈层中一般含有 FeSO4  的晶体，其数量随着 S02 的浓度及季节变化而变动。下图表示铁和铝的 5 个月  的腐蚀量和 S02 浓度的关系。其腐蚀原理可用电化学反应解释  阳极反应：Fe→Fe2+ + 2e- 阴极反应：H2O + O2 + 2e- → 2OH- Fe2+和 OH-相结合生成 Fe（OH）2 沉淀物，这是大气腐蚀的第一阶段； 随着 Fe（OH）2 的氧化而生成各种氧化物，这是大气腐蚀的第二阶段。  图 1-3 SO2 浓度和腐蚀量 4． 盐粒的影响---盐粒中对大气腐蚀发生较大影响的是 NaCl 等氯化物。下图表示  距海岸线 250m 内的陆地上铁的腐蚀量和大气中 NaCl 含量之间的关系。 图 1-4 表示海岸地区大气中铁的腐蚀量和 NaCl 含量之间的关系（X 轴为 NaCl 含量 (mg/m^3),Y 表示腐蚀量(每 300cm^2)/g） 含有 NaCl 等盐粒的腐蚀可看成 Cl-环境中的腐蚀，与上面硫酸根环境中的腐蚀机理类似， 在大气腐蚀中第二阶段以后的变化受到 Cl-的影响，其特征是生成了含水的β -FeOOH 氢氧 化物。 海洋飞溅区---在飞溅区，海水的冲击加剧了材料的破坏，对许多金属材料，特别是钢铁， 飞溅区是所有海洋环境中腐蚀最为严重的部分。海水中的气泡对金属表面的保护膜及涂层来