海洋环境中金属的腐蚀及防护研究

王玉莹，张 蒙，范思民

（1.鞍钢集团矿业有限公司教育培训中心，辽宁 鞍山 114000；2.鞍钢集团矿山设计研究院有限公司，辽宁 鞍山 114004；3.鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁 鞍山 114000）

随着地球人口的增多，环境的恶化，人们对于海洋开发的重视程度日益提升，人工码头、海洋通道、临海工业、海底油气输送管线铺设等等已十分普遍，但是由此而产生的海洋环境污染，尤其是金属腐蚀越来越严重。海洋金属腐蚀不仅仅是经济上的损失，更重要的是会引发各种事故，加剧生态环境污染，还会引发人员伤亡。因此必须重视海洋环境中金属的腐蚀以及防护，采取必要的控制防护措施，从而促进海洋环境持续发展。

1 海洋环境金属腐蚀防护的意义

随着海洋开发力度的不断加大，海洋产业的可持续性发展意识也在不断提升。海洋环境十分庞大而且腐蚀系统非常复杂，除了含有海洋生物、泥沙、水流的腐蚀还涉及到一些化学腐蚀、电化学侵蚀等，因此随着海洋开发的不断深入，海洋环境中的金属腐蚀也日益严重[1]。

2 海洋环境中金属腐蚀的机理

海洋环境中金属与环境中的某些介质产生化学反应从而产生很多破坏性材料的过程就是腐蚀。从热力学的角度分析，金属腐蚀是一个自然过程，可以分为物理腐蚀、化学腐蚀以及生物腐蚀几大类，其中我们常见的就是电化学腐蚀。例如，铸铁长期处于湿润的环境当中就会产生电化学腐蚀的反映，化学反映过程可以用下面的几个公式表达。

阳极（Fe）：

阴极（杂质）：

电池反应：

3 海洋环境中金属的腐蚀类型

海洋环境相对封闭且复杂，因此海洋金属腐蚀也比较复杂，不同的海域，使用时间的不同都会导致不同的腐蚀程度和损害程度，因此本文将海洋环境中的金属腐蚀分为以下几种。

3.1 全面腐蚀

全面腐蚀比较均匀，从环境影响来说可以说是均衡的，也就是金属材料在于腐蚀介质接触的过程中，相关接触的位置均被腐蚀。这种腐蚀性可以预测，不会随着时间的变化越来越严重，因此可以在设计过程中预留一定的腐蚀位置，从而促进金属使用寿命的演唱。例如，碳钢就容易产生全面腐蚀，碳钢处于全面浸透的情况下就会产生全面腐蚀的状态，在现实中，全面腐蚀的预防要相对容易。

3.2 局部腐蚀

局部腐蚀与全面腐蚀相对，这就意味着金属与腐蚀介质的接触面存在一定的局限性，由于材料不同，电化学反映不同，因此所产生的腐蚀程度也不同。表面上来分析，局部腐蚀比较轻，但是这种危险却比较几种，反而带来更大的危险事故产生。从现实中来看，很多海洋金属事故触发也多数是因为局部被腐蚀。因此这种危险因素不容小觑，应当及时预防[2]。

4 海洋环境中金属腐蚀的防护措施

通过上面的分析可以看出，海洋环境中的金属腐蚀机理以及类型比较复杂，受到各种环境和因素的影响，可以说海洋腐蚀是十分复杂和多变的。例如，不同海域的海水PH 值、温度、含盐量等都是不同的，即使是同一个海域还会存在大气区、浪花飞溅区、海水全浸区等，因此不同区域、区域内不同状态下金属腐蚀的情况也存在着一定的差异，因此海洋环境中的金属防护也是比较多样的，需要针对不同的情况采取不同的防腐蚀措施，下面提出几种不同的防护措施，希望对相关研究有所帮助[3]。

4.1 优化选材及优化结构设计

既然海洋环境中容易产生金属腐蚀，那么就可以在选用金属的时候优化其标准，提高金属材料的防腐蚀性，例如镍铝青铜、锰青铜、不锈钢等材料就具有很好的抗腐蚀性。同时还应当对海洋结构物进行结构的设计，减少表面腐蚀介质存在的可能，从而更好保护金属发挥其积极作用[4]。

4.2 添加缓蚀剂

花样环境相对封闭，因此对于金属腐蚀的防护还可以采取加入一定的缓腐剂，例如在海水循环系统以及管道、管线中加入一定的缓腐剂，从而降低金属腐蚀的速度，增加其寿命。缓蚀剂是具有抑制金属腐蚀功能的一类无机物质和有机物质的总称，主要包括钼酸盐、锌盐、铝系金属盐、葡萄糖酸盐、咪唑啉及其衍生物、胺类、醛类及季铵盐等。

此外，缓腐剂的添加要视情况而定，不同的区域金属腐蚀程度不同，因此需要针对性的添加，同时还要设立一定的缓腐剂效果监督体系，从而利用最低的成本来达到缓腐剂最好的效果，根据监督体系的监督效果进行缓腐剂添加数量及位置的调整。

4.3 采取不同的隔离法

通过上述分析可以看出，微电池作用是引发海洋环境中金属腐蚀的主要原因，因此根据不同情况采取一定的隔离法是防治海洋金属腐蚀的有效措施之一，根据不同的原理又分为电镀法、涂层法、钝化法。

（1）电镀法。电镀层可分成阳极性镀层和阴极性镀层2种类型。阳极性镀层是指镀上的金属比被保护金属的电势低，比如，将铝作为保护层镀在铁外层；阴极性镀层是指镀上的金属比被保护金属的电势要高，如将锡作为保护层镀在铁外层。当镀层完好时，2种类型的镀层都能够将金属与腐蚀介质隔离开来，起到良好的防腐作用。可是，假如镀层遭到破坏，2种镀层就会显现出截然不同的效果。在阳极性镀层中，镀层充当阳极，发生电化学反应时，镀层会起到牺牲阳极保护的作用，被保护的金属仍不受腐蚀；在阴极性镀层中，由于被保护金属充当阳极，发生电化学反应时，首先受到破坏的将变成被保护金属，这时镀层反而会使得被保护金属加速腐蚀。

（2）涂层法。防腐涂层对于保护金属腐蚀十分常见，对于海洋环境中金属的防护也可以尝试这种方式，经济成本低、防护效果好，而且不需要十分复杂的施工工艺。从是否为金属涂层材料可以分为金属涂层和非金属涂层两种，通过涂层将金属和腐蚀介质进行隔离，从而阻止了化学反应，因此可以有效的保护金属被腐蚀，常用到的涂层材料有环氧树脂、过氯乙烯、聚氯乙烯、环氧沥青、聚氨酯等。

（3）钝化法。根据金属腐蚀的化学原理可以看出，电极越小，电势就越小，从而越容易被腐蚀，因此可以通过增强电势的方式来缓解金属的腐蚀。因此，可以采取增大金属电势的方式。例如，不锈钢就是一个很好的例子，在铁中加入一定的铬，从而形成不锈钢，增强金属的电势，提升其抗腐蚀性，这就是我们常说的钝化膜，从而降低海洋中的金属污染。

4.4 电化学保护法

所谓电化学保护法就是引入外部电流来环节金属腐蚀速度的方式，外部电流可以有效的改变金属的电位。因此电化学保护方法可以分为阴极和阳极两种。电化学保护法是根据电化学腐蚀原理，通过加入外部电流来改变金属电位，进而降低其腐蚀速度的一种材料保护技术。电化学保护可分为阴极保护和阳极保护2 种类型。通过降低材料电位来达到保护目的的方法称为阴极保护。

5 总结

综上可以看出，全球经济迅速发展背景下，海洋开发规模将会不断扩大，随着科学技术的不断发展，海洋产业也将不断的被开发，与此同时，金属的腐蚀如何进行防护已经成为了海洋产业可持续性发展必须要面对的问题。例如，缓解腐蚀的方法、抑制腐蚀的方法等都可以尝试，同时还可以利用计算机一级微电子等新技术对于海洋环境中金属的腐蚀情况进行实时监控，从而尽可能的预见和阻止金属腐蚀所带来的的损失，相信，在未来随着海洋开发的不断发展，金属腐蚀的防护措施也将日益完善，推动海洋产业的进一步发展。