某型艇异金属间腐蚀及防护研究

高春林，陈 冲

(海军上海地区装备修理监修室，上海 200136)

某型艇异金属间腐蚀及防护研究

高春林，陈 冲

(海军上海地区装备修理监修室，上海 200136)

文章分析了异金属的腐蚀机理、连接方式及腐蚀行为，通过腐蚀机理分析，并从涂层保护、电绝缘法、阴极保护3方面指出了异金属防护措施。

异金属；腐蚀；防护

腐蚀是金属构件破坏的主要形式之一，腐蚀问题存在于工程建设的各个领域。某型艇上所使用的金属多为碳钢、低合金钢、不锈钢、紫铜与铜合金、锌和锌合金、铝合金和钛合金材料。当不同电位金属组成的构件相互接触时，如果接触处没有防护措施，或防护措施失效，在海水或潮湿大气中通常会有一种金属的腐蚀损坏速度明显加快。修理过程中，钛合金与其它金属的连接(包括其它不同金属的连接)部位拆卸、修理、回装处理后极易发生电化学腐蚀，影响装备的正常使用，如何弄清异金属腐蚀机理研究和做好防护显得尤为重要。

1 异金属腐蚀机理

金属腐蚀按作用机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀；按被破坏的特征可分为全面腐蚀和局部腐蚀；按腐蚀的环境可分为大气腐蚀、海水腐蚀、微生物腐蚀等。金属在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，金属发生电化学腐蚀的原因是一种自发的、短路的腐蚀原电池作用的结果。由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显著的电偶腐蚀破坏。

异金属间腐蚀都是电偶腐蚀。海水是自然界中最大量的、具有很大腐蚀性的天然电解质。海水腐蚀的电阻性阻滞很小，异种金属的接触能造成显著的腐蚀效应。在通常情况下，2种金属电位差越大，它们的电偶腐蚀效应也越严重。

由于自然腐蚀电位不同的2种金属相互接触构成了原电池，当有电解质协助其构成回路时会造成电位较低的金属(阳极构件)腐蚀加速，电位较高的金属(阴极构件)腐蚀被减缓，这就是电偶腐蚀理论。腐蚀电流值IG服从欧姆定律：

通常采用电偶腐蚀因子f=(v-v0)/v0，来衡量一种金属与另一种金属偶合时的腐蚀程度，其中v为前一种金属与后一种金属偶合试验时腐蚀速度，v0为前一种金属的自然腐蚀速率。电偶腐蚀因子f越大，表示2种金属接触时的电偶腐蚀作用越大；f为负值时表示前一种金属与后一种金属材料耦合后不但没增大反而有所减小，表示前一种金属不受后一种金属的电偶腐蚀作用，见表1。

表1 金属和合金在海水中的电偶序

2 异金属连接方式及腐蚀行为

某型艇中常见异金属的连接方式有：不锈钢和铜、钛合金和铜、钛合金和不锈钢、钛合金和普通钢或铸铁、不锈钢和普通钢或铸铁，分布于机电设备、进排气系统、外部艇体及其它系统。

2.1 机电设备

大多数机电设备都存在异金属连接形式，如：柴油机排气管(钛合金)与大量支管(铜合金、钢质等)的连接，空气冷却器的贯穿锌筒与铜棒连接，废气集水箱钛端盖与接管、观察法兰与接管之间的连接，高压气系统的关键设备气瓶与支架的连接。

2.2 进排气系统

进排气系统的异金属连接也比较普遍，柴油机进排气系统大部分采用钛合金，耐蚀性好，工作可靠，但部分钛合金材质与钢质结构部位易发生腐蚀，在排烟管距排烟口约70 cm处内壁多处锈蚀破裂，有的破损处直径达4 cm，致使柴油机工作时冷却水套中的冷却水被大量喷出。另一方面现用涂料在钛材质上附着力差，易起皮剥落，增大“偶对”阴极面积，增大了电偶腐蚀风险。低压废气排水管路系统中连接于废气舌阀与排气主管之间的管路由钛合金管和钢管2部分组成，其中钢管外部腐蚀相当严重，出现多处严重穿孔，造成泄漏，已严重影响艇的正常使用。

2.3 外部艇体

上层建筑中存在大量异种金属接触部件，其设备拥挤、保养困难且处于干湿交替、潮湿和局部积水的环境，腐蚀严重。耐压艇体的强度和钢度直接关系到艇的生命力、下潜深度和服役年限，但其长期处于“三高”强腐蚀环境，异种金属接触引起的电偶腐蚀，焊缝腐蚀严重。碳钢管的电位较不锈钢、铜和钛合金均负，在腐蚀介质作用下，除自身电化学腐蚀外，还遭受到电偶腐蚀，最典型的碳钢管路有海水总管及其它海水管路，排烟管钢质管段、低压废气管、通风排气管、电缆管等，它们是维修中更换最多的管路。耐压体顶部同样存在这一现象，装置系统的钛合金、铜及铜合金、不锈钢等金属电位均较钢电位正得多，且涂层附着力差，与船体钢接触易导致电偶腐蚀。

2.4 其它系统

声呐围壁属于异种金属接触多的透水部分，在钛合金与钢结合部存在电偶腐蚀，由于一直与海水接触电化学腐蚀尤其严重。紧固件随处可见，无任何保护，是典型的“阳极”，腐蚀相当严重，更换难度极大，是亟待解决的问题。

3 异金属防护研究

通过机理分析，避免电偶腐蚀影响，可以从下列措施加以防护。

3.1 涂层保护

异金属连接件的涂层可起到屏蔽和电绝缘作用。某型艇上与海水接触部位均采用以环氧树脂为底漆含有防蚀瓷漆的涂漆方案，具有良好的致密度和表面附着力，所形成的漆膜对酸、碱、盐等腐蚀介质显示化学惰性，把艇体外表面和艇体结构的金属外表面与海水隔开，阻止海水、湿气、氧和海水中的离子透过漆膜，也即阻止了腐蚀电路的形成，起到了屏蔽腐蚀介质的作用。同时涂于艇体表面及舷间的油漆具有良好的电绝缘性能，还能在异质金属构成的结构及机械设备与钢质艇体接触时而可能发生电化学腐蚀的屏障作用。但是涂层并非想象的那样绝对致密，所以会有少量的水和氧存在于金属表面，所造成的腐蚀电流很小，腐蚀速度缓慢。事实证明，涂层表面电阻率达到109 Ω/cm2以上，并且在溶液中能较长时间保持稳定漆膜防腐蚀性良好。当涂层表面电阻率降到107 Ω/cm2以下时，就应该考虑到在涂层下发生了一定速率的腐蚀。此外，涂层或绝缘包敷层还可起到缓蚀、电化学阴极保和护防生物污染的作用。

3.2 电绝缘法

为了防止异质金属构成的零件和结构件相互连接，处于海水中产生原电池工作的条件；也为了避免原电池的阳极金属受到损坏(产生了接触腐蚀)。采用如下防护方法。

1)将异质金属构成的零件和结构件进行电隔离，即断开阴极金属和阳极金属之间的电路。使用有电绝缘覆层的金属零件，如垫圈、螺柱、螺栓、圆环等，在异质金属连接中可起到电绝缘的作用。管路元件和艇体结构可以通过采用绝缘材料(玻璃钢、橡胶、压制材料)制成的垫片、套筒、垫圈来实现电隔离，切断腐蚀电流的通路。绝缘必须完全而且有效，绝缘材料不能透水，要有足够厚度和覆盖面。

2)用密封材料把异质金属的连接与海水隔离。异质金属零件和结构件对接处，采用密封漆、腻子、黄油膏等塑性好、高耐水性能和良好的隔水性能的密封材料使异质金属与海水隔离，也可以消除产生接触腐蚀的可能性。在艇上广泛使用耐冲洗的黄油膏。用于装置以及舵和其它装置的连接零件和滑动零件中的黄油膏，可阻止海水渗入异质金属的连接零件中间，防止产生电偶 (接触)腐蚀。密封腻子大量用于异金属的金属连接处，如高压气瓶接头等。

3.3 阴极保护

阴极保护法根据电流来源的不同分为外加电流法和牺牲阳极法。前者是利用外加直流电源，将被保护金属与电源负极相连，使金属发生阴极极化；后者是将被保护金属与电位更负的金属(阳极)连接，构成电流回路，使被保护的金属发生阴极极化，抑制或减缓金属的腐蚀。

1)阴极保护原理。在电解质中，四周由于表面各个部位的电位不同而构成了腐蚀电池。电位低的金属区成为阳极，失去电子，金属原子以离子形式进入溶液，而发生腐蚀。电位较高的金属区成为阴极，消耗掉来自阳极区的电子，使阳极区的金属腐蚀不断的进行。如图1所示。

图1 电化学腐蚀机理示意图

阴极保护就是向金属上施加外部电流，使得金属表面上微观电池的阴、阳极达到等电位的方法来消除金属的腐蚀，如图2所示。设金属表面阳极区和阴极区的初始电位分别为Ea和Ec，金属在腐蚀过程中，由于阴、阳极的极化作用，两极的电位互相接近，电流-电位曲线相交于S点，该点所对应的电位为该金属的腐蚀电位Ecorr，相应的电流为腐蚀电流Icorr。当施加外部电流使金属阴极极化时(阴极电位不断地降低)，即极的电流—电位曲或不断的向右上方移动，使得Ecorr和Icorr不断地减小，当Ecorr移至与阳极电位相等时，金属表面所有区域的电位差都等于零时，腐蚀电流Icorr消失，金属得到了完全保护。

图2 阴极保护原理示意图

2)阴极保护方法的选择。维修周期不超过3年时，可优先选用牺牲阳极保护；维修周期超过3年时，宜优先选用外加电流保护。涂层良好的水室宜用牺牲阳极保护,涂层破损严重或裸体结构宜用外加电流保护。所需保护电流总量低于10 A时采用牺牲阳极保护，超过10 A时采用外加电流保护。

Corrosive mechanism,connection style and corrosion act of different metal are analysis by corrosion mechanism.Through the analysis,the protection measures are pointed out in the 3 aspects of coating protection，electric insulation and cathodic protection.

different metal;corrosion;protection

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.016

高春林(1966-)，男 ，江苏盐城人，高级工程师，大学本科，研究方向为装备修理。

2013-12-17