[科普中國]-海洋腐蝕

定義

和銅合金表面的銅綠，偶爾也被人稱作銅銹。

關(guān)于腐蝕和金屬腐蝕還有一些其他形式的定義。由于金屬和合金遭受腐蝕后又回復(fù)到了礦石的化合物狀態(tài)，所以金屬腐蝕也可以說是冶煉過程的逆過程。上述定義不僅適用于金屬材料，也可以廣義地適用于塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金屬材料。例如，涂料和橡膠由于陽光或者化學(xué)物質(zhì)的作用引起變質(zhì)，煉鋼爐襯的熔化以及一種金屬被另一種金屬熔融液態(tài)金屬腐蝕，這些過程的結(jié)果都屬于材料腐蝕，這是一種廣義的定義。金屬及其合金至今仍然被公認(rèn)為是最重要的結(jié)構(gòu)材料，所以金屬腐蝕自然成為最引人注意的問題之一。腐蝕破壞的形式種類很多，在不同環(huán)境條件下引起金屬腐蝕的原因不盡相同，而且影響因素也非常復(fù)雜。為了防止和減緩腐蝕破壞及其損傷，通過改變某些作用條件和影響因素而阻斷和控制腐蝕過程，由此所發(fā)展的方法、技術(shù)及相應(yīng)的工程實(shí)施成為防腐蝕工程技術(shù)

介紹金屬構(gòu)件在海洋環(huán)境中發(fā)生的腐蝕。海洋環(huán)境是一種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。在這種環(huán)境中，海水本身是一種強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，同時波、浪、潮、流又對金屬構(gòu)件產(chǎn)生低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產(chǎn)物等都對腐蝕過程產(chǎn)生直接或間接的加速作用。海洋腐蝕主要是局部腐蝕，即從構(gòu)件表面開始，在很小區(qū)域內(nèi)發(fā)生的腐蝕，如電偶腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕等。此外，還有低頻腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕及微生物腐蝕等 。通常 ，金屬構(gòu)件在海洋飛濺區(qū)（指風(fēng)浪、潮汐等激起的海浪、飛沫濺散到的區(qū)域）的全面腐蝕速率最高。防止海洋腐蝕的措施除正確設(shè)計金屬構(gòu)件、合理選材外，通常有以下幾種：①采用厚漿型防腐蝕涂料。②對重點(diǎn)部件采用耐腐蝕材料包套。③設(shè)計構(gòu)件時要考慮到足夠的腐蝕裕量。④根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，采用犧牲陽極。

特點(diǎn)金屬受海洋環(huán)境(海水、海洋大氣jffl海生物等)影響產(chǎn)生的腐蝕。具有電化學(xué)特點(diǎn)，故極易發(fā)生接觸腐蝕、氧濃差腐蝕、縫隙腐蝕。t海洋腐蝕主要與海水含氧量、海水流速和深度、鈣質(zhì)沉積，以及海水的污染情況和海洋植物的光合作用等有關(guān)。海洋腐蝕多產(chǎn)生予浸漬海水中的設(shè)備(如艦炮的海水冷卻系統(tǒng))，以及在沿海地區(qū)使用或經(jīng)海運(yùn)陶設(shè)備器材。根據(jù)金屬所處的具體區(qū)域和具體的海面地帶陶不同。腐蝕速度和程度等也不相同。通常可分為海洋大氣腐蝕、海水間斷濕潤部分的腐蝕、完全浸入海水部分的腐蝕和海底土壤中的腐蝕等。海洋腐蝕時特點(diǎn)是：

1．飛濺帶時腐蝕最嚴(yán)重(與海水飛濺、干濕交替和日射等有關(guān))，而深海帶(氧量少)的腐蝕則較輕；

2．在海洋或海面多表現(xiàn)為鹽霧的腐蝕，腐蝕速度與相對濕度、溫度和風(fēng)向的變化，以及距離海洋的遠(yuǎn)近等有關(guān)；

3．腐蝕隨時間而變化，開始的腐蝕率趨于穩(wěn)定，隨時間延長而速度加快。海洋腐蝕的防止方法是合理選用金屬材料，溶覆保護(hù)層，采用電化學(xué)保護(hù)等。1

分類構(gòu)件在海洋環(huán)境中發(fā)生腐蝕，腐蝕類型主要有均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、湍流腐蝕、空泡腐蝕、電偶腐蝕和腐蝕疲勞等，這些腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生往往與金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和工藝相關(guān)。

均勻腐蝕均勻腐蝕是指在金屬表面上幾乎以相同的速度所進(jìn)行的腐蝕，與在金屬表面上產(chǎn)生的任意形態(tài)的全面腐蝕不同。均勻腐蝕一般發(fā)生在陰極區(qū)和陽極區(qū)難以區(qū)分的地方。

點(diǎn)蝕金屬表面局部區(qū)域出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕稱為點(diǎn)蝕，而金屬的其余區(qū)域則無明顯腐蝕發(fā)生。點(diǎn)蝕具有“深挖”特性，即蝕孔一旦形成，往往自動向深處腐蝕，因此具有極大的破壞力和隱患性。點(diǎn)蝕不僅與環(huán)境中分散的鹽粒或污染物相關(guān)，同時也與材料本身的表面狀態(tài)和處理工藝相關(guān)。

縫隙腐蝕部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬(或非金屬)之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯流狀態(tài)而引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。該腐蝕在海洋飛濺區(qū)和海水全浸區(qū)最為嚴(yán)重，同時在海洋大氣中也有發(fā)現(xiàn)。幾乎所有金屬和合金都會發(fā)生縫隙腐蝕。

湍流腐蝕在構(gòu)件的某些特定部位，由介質(zhì)流速急劇增大形成的湍流引起的磨蝕稱為湍流腐蝕。許多金屬如鋼、銅、鑄鐵等對速度非常敏感，當(dāng)速度高于某一臨界值時會發(fā)生快速侵蝕。湍流腐蝕常常伴隨有空泡腐蝕，有時兩者甚至很難區(qū)分。沖擊腐蝕也屬于湍流腐蝕的范疇，是指高速流體的機(jī)械破壞和電化學(xué)腐蝕這兩種作用對金屬共同破壞的結(jié)果。

空泡腐蝕流體與金屬構(gòu)件做高速相對運(yùn)動時。在金屬表面局部地區(qū)產(chǎn)生渦流，伴隨有氣泡在金屬表面迅速生成和破滅，呈現(xiàn)與點(diǎn)蝕類似的破壞特征，這種條件下產(chǎn)生的磨蝕稱為空泡腐蝕，又稱空穴腐蝕或汽蝕。該類腐蝕多呈蜂窩狀，是電化學(xué)腐蝕與氣泡破滅產(chǎn)生的機(jī)械損傷共同作用的結(jié)果。

電偶腐蝕電偶腐蝕是由于一種金屬與另一種金屬或電子導(dǎo)體構(gòu)成的腐蝕電池的作用而造成的腐蝕。當(dāng)兩種不同的金屬相連接并暴露在海洋環(huán)境中時，通常會產(chǎn)生嚴(yán)重的電偶腐蝕。電偶腐蝕的嚴(yán)重程度主要取決于兩種金屬在海水中電位序的相對差別和相對面積，但是也與金屬的極化性相關(guān)。通?？刹捎迷趦山饘龠B接處加絕緣層或是在電偶陰極上覆以絕緣保護(hù)涂層的方法來控制或抑制電偶腐蝕。2

環(huán)境因素海水是一種多種組分的水溶液，溶解有多種無機(jī)鹽類，平均鹽度約35，這使得海水成為天然的強(qiáng)電解質(zhì)，具有導(dǎo)電的特性。海洋中的金屬材料在與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)相互作用中會引起材料的破壞或變質(zhì)，發(fā)生金屬腐蝕現(xiàn)象。

金屬腐蝕的結(jié)果將使得金屬材料發(fā)生生銹、開裂、變薄、局部穿孔等現(xiàn)象，使材料的強(qiáng)度降低，使用壽命縮短，甚至結(jié)構(gòu)斷裂而遭到破壞。因此，腐蝕過程對海洋工程結(jié)構(gòu)物的安全和經(jīng)濟(jì)成本構(gòu)成重要影響，降低腐蝕速度就可延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命，并減小昂貴的維修費(fèi)用，因而為了保證結(jié)構(gòu)物的安全和使用壽命，因此在設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行防腐蝕設(shè)計必不可少。

造成金屬材料在海水、海洋大氣及海底泥土中發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的環(huán)境因素，主要有化學(xué)因素、物理因素和生物因素。

化學(xué)因素的作用主要體現(xiàn)在海水中的溶解氧(Dissolved Oxygen)含量、含鹽量及電導(dǎo)率等方面。溶解氧含量是影響海水腐蝕速率的重要因素，根據(jù)氧的作用可將金屬分為活性金屬(非鈍化金屬)和鈍化型金屬。對于前者，如鑄鐵、碳鋼和低合金等，溶解氧含量越高則造成的金屬腐蝕將越嚴(yán)重，反之，對于后者，如不銹鋼、鋁、鈦等，溶解氧有利于金屬表面鈍化膜的形成和維護(hù)，低濃度的溶解氧反而不利于鈍化膜的形成而導(dǎo)致腐蝕。海水具有的高含鹽量則直接影響海水的電導(dǎo)率和含氧量，進(jìn)而對腐蝕產(chǎn)生影響，海水的電導(dǎo)率增加將加速金屬材料的腐蝕。而Cl能破壞大多數(shù)金屬，如鋼、鑄鐵、鋅等表面的氧化膜，使之在海水中無法鈍化，加速了局部腐蝕。海水的pH值幾乎不直接影響金屬的腐蝕。一般情況下，海水的pH值越高，越有利于減少海水對鋼鐵的腐蝕，但實(shí)際海水的pH值變化小，它對金屬腐蝕的影響也小。

影響腐蝕的物理因素有海水流速、波浪、潮汐、溫度等，它們影響到溶解氧的供給。有的金屬是流速高時耐腐蝕性較好，如不銹鋼等，有的則流速低時耐腐蝕性好，如銅合金等，對于鋼鐵則不論海水流速的快慢都將使腐蝕速度加快，這是因為海水中的高濃度使得鋼鐵不論流速大小都建立不了鈍態(tài)。此外一定高速的流速還將產(chǎn)生沖擊磨蝕等多種腐蝕現(xiàn)象，使金屬的腐蝕速度加快。飛濺的浪花供氧充足，并且在金屬表面產(chǎn)生沖擊磨損，破壞其上的保護(hù)膜和涂層，導(dǎo)致部分非鈍性金屬的腐蝕加重。潮汐的漲落將使得靠近海面的大氣中有大量的水分和鹽分，再加上有充足的氧氣，它們加劇了金屬的腐蝕。海水水溫的升高對腐蝕起著加速的作用，但影響過程復(fù)雜。

在海洋金屬上還附著有一些海洋生物，包括某些海洋動物、植物和微生物(如硫酸鹽還原菌等)，它們會在金屬表面生長繁殖，產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)或促進(jìn)電化學(xué)腐蝕，在鋼結(jié)構(gòu)表面造成點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，其代謝物及尸體分解物中含有的硫化氫等酸性成分亦對金屬的腐蝕起著加速的作用。某些海洋附著生物在生長過程中還能穿透金屬表層的保護(hù)層，直接破壞保護(hù)涂層，引起嚴(yán)重的腐蝕。

實(shí)際工程中，金屬的海洋腐蝕受到許多因素的共同影響，是一個復(fù)雜的過程。針對不同的金屬材料和結(jié)構(gòu)物不同的工況環(huán)境，其腐蝕會呈現(xiàn)不同的規(guī)律，需要具體情況具體分析。如航行船舶的水線上下干濕交替區(qū)域，受到海水和大氣的交替作用以及漂浮污染物等多方面腐蝕因素的影響，造成船體外殼腐蝕很嚴(yán)重。船底部位則因附著有海洋生物，涂層會被附著生物侵入遭到破壞而腐蝕嚴(yán)重。船首受到很大的水動力作用，船尾受到螺旋槳的強(qiáng)大水流沖刷作用等都促使這些部位的腐蝕加速。3