海洋耐蚀材料性能



海洋耐蚀材料性能

海洋材料的腐蚀问题涉及生物学、电化学、材料学等多门学科，是一项非常复杂的研究工作。海洋腐蚀的电化学过程、海洋防腐蚀材料的应用及研究进展是大家最想了解的问题。由于海洋环境苛刻、海水对材料腐蚀严重、海洋生物加剧腐蚀进行、深海环境下水压过强、海洋设备尺寸巨大等多方面因素影响，海洋产业因此受到极大限制，海洋新材料的研发和应用是目前须解决的首要问题。

1 海水腐蚀的特点

(1)海水中的氯离子等卤素离子能阻碍和破坏金属的钝化，海水腐蚀的阳极过程较易进行。

(2)海水腐蚀的阴极去极化剂是氧，阴极过程是腐蚀反应的控制性环节。一切有利于供氧的条件，如海浪、飞溅、增加流速，都会促进氧的阴极去极化反应，加速金属的腐蚀。

(3)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。

2 海水环境因素

2.1 温度的影响

从动力学方面考虑，海水温度升高，会提高阴极和阳极过程的反应速度。但海水温度变化会使其他环境因素随之变化。海水温度升高，氧的扩散速度加快，这将促进腐蚀过程进行。另一方面，海水温度升高，海水中氧的溶解度降低，同时促进保护性钙质水垢生成，这又会减缓金属在海水中的腐蚀。

2.2 溶解氧的影响

溶解氧对铁腐蚀的影响较多。氧是在金属电化学腐蚀过程中阴极反应的去极化剂。对碳钢、低合金钢等在海水中不发生钝化的金属，海水中氧含量增加，会加速阴极去极化过程，使金属腐蚀速度增加；对那些依靠表面钝化膜提高耐蚀性的金属，如铝和不锈钢等，氧含量增加有利于钝化膜的形成和修补，使钝化膜的稳定性提高，点蚀和缝隙腐蚀的倾向性减小。

2.3 盐含量的影响

水中含盐量直接影响到水的电导率和氧含量，因此必然对腐蚀产生影响。随着水中盐含量增加，水的电导率增加而氧含量降低，所以在某一盐含量时将存在一个腐蚀速度的最大值。海水的盐含量刚好为腐蚀速度最大时所对应的盐含量。

2.4 pH的影响

一般说来，海水的 pH 值升高，有利于抑制海水对钢的腐蚀。在施加阴极保护时，阴极表面处海水 pH 值升高，很容易形成碳酸钙水垢这种沉积层，这对阴极保护是有利的。

2.5 氧化还原电位的影响

氧化还原电位可以反映海水的氧化还原性能。在海水介质中，由于各种氧化还原体的浓度都很小，不可能起决定作用。

2.6 其他因素的影响

海水的流速以及波浪都会对腐蚀产生影响，海生物对腐蚀也会产生影响。

要想提高传统材料的耐腐蚀性能、开发新型环境友好防腐、防污涂层以及设计针对海洋环境使用的海洋用新型材料，归根结底是要先了解材料在海洋中的腐蚀类型、腐蚀机理，只有在根本上切断材料腐蚀途径，才能真正达到防腐耐用的目的。综合海洋各类极端环境主要包括：海洋大气飞溅层、海浪冲击层、浅海高卤离子、氧元素含量的海水浸蚀层和深海及海泥中的无氧腐蚀层等。

3 防腐蚀海洋材料

根据海洋材料的创新性又可以将之分为传统海洋材料和新型海洋材料两个领域。

3.1 传统海洋材料

(1)铝及铝合金质量轻，大量应用于海上交通运输。铝合金在海水中的腐蚀行为主要取决于：①受到海水环境因素的影响；②铝合金自身的组织结构和表面状态。后者主要是指铝合金表面钝化膜的组成和覆盖情况，氧化膜越完整，则抵抗海水腐蚀的能力就越强，否则就容易受到外界腐蚀性介质的侵蚀。氧化膜的破裂最初往往发生在表面结构有缺陷的地方，因此铝合金的耐海水腐蚀性能都取决于氧化膜的完好程度及其破裂后的自修复能力。

(2)铜及其合金由于具有较好的机械加工性能、较高的正电位以及极好的热传导性能和优异的耐腐蚀特性，而成为一种重要的海洋材料。铜及铜合金能够耐腐蚀和抗污损的主要原因是在海水中发生了电化学反应，反应的过程主要生成铜离子。这些有毒的铜离子不断向海水中释放，可以有效防止海洋生物的附着，但是也会严重影响海洋环境。

(3)应用在海洋环境中的无机非金属材料主要是水泥混凝土，这种材料作为海洋建筑工程材料应用十分广泛。

(4)常用在海洋环境中的有机类材料主要包括塑料类和橡胶类材料。这些材料耐蚀性较强，且材质比较轻，适合使用于海上平台建筑。橡胶防腐蚀涂料大多采用氯磺化聚乙烯和氯化橡胶作为基体材料合成。虽然这种防腐涂料效果显著，但是不能满足某些特定环境下的要求，可应用性受到限制。

3.2 新型海洋材料

(1)新型合金材料

目前海洋中应用最为广泛的材料还是各类合金类碳钢及改良后的不锈钢材料。研究表明，高Cr不锈钢耐海水侵蚀性能优于低Cr钢，且Ni-Cr钢的耐海水侵蚀性能更好。因此，新型的不锈钢可以通过以下三个方面提高其耐蚀性：①增加Ni及Cr含量；②降低含C量提高耐蚀性；③在不锈钢中加入Mo，提高表面钝化膜的抵抗力。

钛及其合金具有强度高、相对密度小、耐热性强、耐海水和海洋气氛腐蚀等许多有益的特性，被誉为“未来的金属”。钛合金无论在高温环境或低温环境中，均可以极好地抑制氧化腐蚀现象。

FeAlMo合金在高温硫化环境中具有一定的抗腐蚀作用。

使用等离子喷涂技术在钢材表面制备了Fe-Al涂层可显著提高基体材料在腐蚀性气氛中的耐蚀性能。

(2)新型复合材料

目前，海洋环境中应用的碳钢衬聚乙烯复合管(简称钢塑管)和玻璃钢正引起广泛关注。聚乙烯化学性质十分稳定，并且具有优异的耐海水侵蚀性能，不会发生电化学腐蚀，通常用来制备双面防腐压力管道。而钢塑管采取了特殊的定型工艺，将碳钢与聚乙烯进行复合，既能够保证管在海水中的机械性能，又可以大大提高碳钢管的耐腐蚀性能，特别适用于制备海水环境下的输送管道。由于这种材料具有良好的耐海水腐蚀性能和较高的耐压强度，也逐渐在海水管道上被大量使用。

纤维增强复合材料正逐步替代海洋工程中大量应用的水泥混凝土材料。纤维增强复合材料具有自重小、耐腐蚀、易成型以及非常优秀的机械性能等特点。

自组装技术在铜电极表面上制备了纯烯丙基硫脲自组装膜，并以十二烷基硫醇进一步修复得到混合自组装膜。混合膜对铜的腐蚀的缓蚀效率为91.2%。而混合自组装膜经过交流电处理后，最大缓蚀效率为98.5%。

3.3 超疏水技术在金属抗海水腐蚀领域的应用

超疏水化的过程其实是一个对阳极氧化铝表面封孔的过程，从而使阳极氧化铝表面的缺陷大大降低，对铝试样本身起到了良好防护作用。

(摘自中国腐蚀与防护网)