海洋環境中鋁合金腐蝕行為的研究現狀與進展

劉偉 李洪林 吳海旭 石玲 遼寧忠旺集團有限公司

一、前言

鋁合金材料因其具有良好的力學性能、加工性能、導熱性、導電性以及耐蝕性，廣泛應用于各種海洋工程結構部件，目前已成為第二大海洋工程用金屬材料[1]。但是，由于海洋環境是具有極強腐蝕性的自然環境之一，海洋工程用鋁合金在海洋環境中受海水流速、溫度、含鹽量、大氣濕度、含氧量和海洋生物等多因素綜合作用，容易發生電化學腐蝕和生物腐蝕等現象[2]，使其各種性能出現不同程度的下降，服役壽命降低。鋁合金在海洋環境中常見的腐蝕類型有：點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕和應力腐蝕開裂等[3]。

目前，國內外學者針對海洋環境中鋁合金的腐蝕行為開展了廣泛而深入的研究，取得了眾多的研究成果。文中歸納總結了鋁合金在海洋大氣環境、淺海環境、深海環境、實驗室模擬海洋環境等各種典型海洋環境中腐蝕行為的研究現狀與進展，并探討了其未來的發展趨勢，以期對本領域的研究人員有所裨益。

二、鋁合金在各種海洋環境中的腐蝕行為

（一）海洋大氣環境中的腐蝕行為

海洋大氣環境通常具有高溫高濕、日照時間長、輻射強烈、風力較大等氣候 特征，因此金屬材料容易發生腐蝕破壞現象。羅來正等人[4]對比了7050高強鋁合金在四種典型大氣環境下的腐蝕行為，結果表明海洋大氣環境對7050高強鋁合金的腐蝕行為影響最大，暴露1年出現晶間腐蝕，最大腐蝕深度為0.205mm。王晴晴與上官曉峰[5]研究了7050鋁合金在海洋大氣環境中的腐蝕特征，結果表明表面陽極化處理的7050鋁合金的腐蝕以點蝕為主，特別是在與TC18鈦合金連接處腐蝕比較集中。張騰等人[6]研究了2A12-T4鋁合金在海洋大氣環境中長期腐蝕損傷規律，結果表明大氣腐蝕7a時處于點蝕→晶間腐蝕→剝蝕的過渡期，腐蝕12a發生全面剝蝕，腐蝕20a剝蝕已相當嚴重且在剝蝕過程中伴隨著點蝕。

（二）淺海環境中的腐蝕行為

在海水環境中，除了含有高濃度氯鹽，還富集海洋微生物和宏觀生物，因此鋁合金的腐蝕行為常由于微生物的附著而顯著加速。彭文山等人[7]研究了1060和5083鋁合金在不同港口海域的腐蝕規律，結果表明在不同海域中兩種鋁合金試樣表面附著的海生物種類與面積不同，同時其腐蝕速率也不相同。Guan F.等人[8]研究了SRB對5052鋁合金腐蝕行為的影響，結果表明SRB菌在5052鋁合金表面附著成膜，其酸性代謝產物破壞了5052鋁合金表面的氧化膜，顯著加速了5052鋁合金的腐蝕速率。陳海燕等人[9]研究了6063鋁合金在海洋微生物SRB作用下的腐蝕行為，結果表明與無菌介質條件相比，在有菌環境中鋁合金的腐蝕進程顯著加速。

（三）深海環境中的腐蝕行為

海水環境中的溶解氧濃度、溫度、pH值、壓力、鹽度及微生物等是影響鋁合金腐蝕行為的重要因素，而這些影響因素會隨著海水深度的增加而發生改變。因此，鋁合金在深海環境中的腐蝕行為往往與淺海環境中的不同。Venkatesan[10]研究了1060鋁合金在印度洋海域不同深度下的腐蝕情況，結果表明隨著深度的增加，鋁合金的腐蝕速率逐漸增大。Boyd等人[11]研究發現隨著深度逐漸增加，5000系列鋁鎂合金的點蝕速率逐漸加快，在700m深處最大，為淺海環境中的3倍，而后開始降低，在1700m 深處降為淺海環境中的2倍。

（四）模擬海洋環境

雖然傳統的室外實驗得到的數據可靠、直觀，能真實反映材料在真實環境中的腐蝕情況，但實驗費用高、周期長，因此部分研究者們采用模擬實驗的方法來進行研究。方曉祖等人[12]模擬海南萬寧的海洋大氣環境，開展7A52 鋁合金的腐蝕行為研究，并進行了標準場環境試驗和室內加速試驗相關性分析。結果表明兩者可建立相關關系式，模型誤差小于12%。楊浪等人[13]研究了6061鋁合金在模擬工業－海洋大氣環境下的腐蝕行為，結果表明6061 鋁合金的腐蝕由點蝕引起，隨腐蝕時間增長，腐蝕點增多，腐蝕區域無規則地沿縱向和橫向擴展；同時試樣表面發生沿晶腐蝕，8個周期后最深達到 80 μm。

三、總結與展望

21世紀被譽為海洋世紀，海洋已成為世界政治、經濟、軍事競爭的制高點，我國更是把發展海洋科技、經營海洋、建設海洋強國放在了國家戰略的高度。隨著我國海洋事業的不斷發展，作為主要的海洋工程用材料之一的鋁合金在海洋工程領域中的應用將日益增多，隨之而來的材料腐蝕破壞的現象也將日益嚴重。因此，開展海洋環境中鋁合金腐蝕研究是我國海洋事業發展的必然趨勢與要求，必將成為海洋工程用材料腐蝕研究的重點和熱點。