海洋耐蝕材料性能

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海洋耐蝕材料性能

海洋材料的腐蝕問題涉及生物學、電化學、材料學等多門學科，是一項非常復雜的研究工作。海洋腐蝕的電化學過程、海洋防腐蝕材料的應用及研究進展是大家最想了解的問題。由于海洋環境苛刻、海水對材料腐蝕嚴重、海洋生物加劇腐蝕進行、深海環境下水壓過強、海洋設備尺寸巨大等多方面因素影響，海洋產業因此受到極大限制，海洋新材料的研發和應用是目前須解決的首要問題。

1 海水腐蝕的特點

(1)海水中的氯離子等鹵素離子能阻礙和破壞金屬的鈍化，海水腐蝕的陽極過程較易進行。

(2)海水腐蝕的陰極去極化劑是氧，陰極過程是腐蝕反應的控制性環節。一切有利于供氧的條件，如海浪、飛濺、增加流速，都會促進氧的陰極去極化反應，加速金屬的腐蝕。

(3)海水腐蝕的電阻性阻滯很小，異種金屬的接觸能造成顯著的腐蝕效應。

2 海水環境因素

2.1 溫度的影響

從動力學方面考慮，海水溫度升高，會提高陰極和陽極過程的反應速度。但海水溫度變化會使其他環境因素隨之變化。海水溫度升高，氧的擴散速度加快，這將促進腐蝕過程進行。另一方面，海水溫度升高，海水中氧的溶解度降低，同時促進保護性鈣質水垢生成，這又會減緩金屬在海水中的腐蝕。

2.2 溶解氧的影響

溶解氧對鐵腐蝕的影響較多。氧是在金屬電化學腐蝕過程中陰極反應的去極化劑。對碳鋼、低合金鋼等在海水中不發生鈍化的金屬，海水中氧含量增加，會加速陰極去極化過程，使金屬腐蝕速度增加；對那些依靠表面鈍化膜提高耐蝕性的金屬，如鋁和不銹鋼等，氧含量增加有利于鈍化膜的形成和修補，使鈍化膜的穩定性提高，點蝕和縫隙腐蝕的傾向性減小。

2.3 鹽含量的影響

水中含鹽量直接影響到水的電導率和氧含量，因此必然對腐蝕產生影響。隨著水中鹽含量增加，水的電導率增加而氧含量降低，所以在某一鹽含量時將存在一個腐蝕速度的最大值。海水的鹽含量剛好為腐蝕速度最大時所對應的鹽含量。

2.4 pH的影響

一般說來，海水的 pH 值升高，有利于抑制海水對鋼的腐蝕。在施加陰極保護時，陰極表面處海水 pH 值升高，很容易形成碳酸鈣水垢這種沉積層，這對陰極保護是有利的。

2.5 氧化還原電位的影響

氧化還原電位可以反映海水的氧化還原性能。在海水介質中，由于各種氧化還原體的濃度都很小，不可能起決定作用。

2.6 其他因素的影響

海水的流速以及波浪都會對腐蝕產生影響，海生物對腐蝕也會產生影響。

要想提高傳統材料的耐腐蝕性能、開發新型環境友好防腐、防污涂層以及設計針對海洋環境使用的海洋用新型材料，歸根結底是要先了解材料在海洋中的腐蝕類型、腐蝕機理，只有在根本上切斷材料腐蝕途徑，才能真正達到防腐耐用的目的。綜合海洋各類極端環境主要包括：海洋大氣飛濺層、海浪沖擊層、淺海高鹵離子、氧元素含量的海水浸蝕層和深海及海泥中的無氧腐蝕層等。

3 防腐蝕海洋材料

根據海洋材料的創新性又可以將之分為傳統海洋材料和新型海洋材料兩個領域。

3.1 傳統海洋材料

(1)鋁及鋁合金質量輕，大量應用于海上交通運輸。鋁合金在海水中的腐蝕行為主要取決于：①受到海水環境因素的影響；②鋁合金自身的組織結構和表面狀態。后者主要是指鋁合金表面鈍化膜的組成和覆蓋情況，氧化膜越完整，則抵抗海水腐蝕的能力就越強，否則就容易受到外界腐蝕性介質的侵蝕。氧化膜的破裂最初往往發生在表面結構有缺陷的地方，因此鋁合金的耐海水腐蝕性能都取決于氧化膜的完好程度及其破裂后的自修復能力。

(2)銅及其合金由于具有較好的機械加工性能、較高的正電位以及極好的熱傳導性能和優異的耐腐蝕特性，而成為一種重要的海洋材料。銅及銅合金能夠耐腐蝕和抗污損的主要原因是在海水中發生了電化學反應，反應的過程主要生成銅離子。這些有毒的銅離子不斷向海水中釋放，可以有效防止海洋生物的附著，但是也會嚴重影響海洋環境。

(3)應用在海洋環境中的無機非金屬材料主要是水泥混凝土，這種材料作為海洋建筑工程材料應用十分廣泛。

(4)常用在海洋環境中的有機類材料主要包括塑料類和橡膠類材料。這些材料耐蝕性較強，且材質比較輕，適合使用于海上平臺建筑。橡膠防腐蝕涂料大多采用氯磺化聚乙烯和氯化橡膠作為基體材料合成。雖然這種防腐涂料效果顯著，但是不能滿足某些特定環境下的要求，可應用性受到限制。

3.2 新型海洋材料

(1)新型合金材料

目前海洋中應用最為廣泛的材料還是各類合金類碳鋼及改良后的不銹鋼材料。研究表明，高Cr不銹鋼耐海水侵蝕性能優于低Cr鋼，且Ni-Cr鋼的耐海水侵蝕性能更好。因此，新型的不銹鋼可以通過以下三個方面提高其耐蝕性：①增加Ni及Cr含量；②降低含C量提高耐蝕性；③在不銹鋼中加入Mo，提高表面鈍化膜的抵抗力。

鈦及其合金具有強度高、相對密度小、耐熱性強、耐海水和海洋氣氛腐蝕等許多有益的特性，被譽為“未來的金屬”。鈦合金無論在高溫環境或低溫環境中，均可以極好地抑制氧化腐蝕現象。

FeAlMo合金在高溫硫化環境中具有一定的抗腐蝕作用。

使用等離子噴涂技術在鋼材表面制備了Fe-Al涂層可顯著提高基體材料在腐蝕性氣氛中的耐蝕性能。

(2)新型復合材料

目前，海洋環境中應用的碳鋼襯聚乙烯復合管(簡稱鋼塑管)和玻璃鋼正引起廣泛關注。聚乙烯化學性質十分穩定，并且具有優異的耐海水侵蝕性能，不會發生電化學腐蝕，通常用來制備雙面防腐壓力管道。而鋼塑管采取了特殊的定型工藝，將碳鋼與聚乙烯進行復合，既能夠保證管在海水中的機械性能，又可以大大提高碳鋼管的耐腐蝕性能，特別適用于制備海水環境下的輸送管道。由于這種材料具有良好的耐海水腐蝕性能和較高的耐壓強度，也逐漸在海水管道上被大量使用。

纖維增強復合材料正逐步替代海洋工程中大量應用的水泥混凝土材料。纖維增強復合材料具有自重小、耐腐蝕、易成型以及非常優秀的機械性能等特點。

自組裝技術在銅電極表面上制備了純烯丙基硫脲自組裝膜，并以十二烷基硫醇進一步修復得到混合自組裝膜。混合膜對銅的腐蝕的緩蝕效率為91.2%。而混合自組裝膜經過交流電處理后，最大緩蝕效率為98.5%。

3.3 超疏水技術在金屬抗海水腐蝕領域的應用

超疏水化的過程其實是一個對陽極氧化鋁表面封孔的過程，從而使陽極氧化鋁表面的缺陷大大降低，對鋁試樣本身起到了良好防護作用。

(摘自中國腐蝕與防護網)