[科普中国]-海洋腐蚀

定义

和铜合金表面的铜绿，偶尔也被人称作铜锈。

关于腐蚀和金属腐蚀还有一些其他形式的定义。由于金属和合金遭受腐蚀后又回复到了矿石的化合物状态，所以金属腐蚀也可以说是冶炼过程的逆过程。上述定义不仅适用于金属材料，也可以广义地适用于塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金属材料。例如，涂料和橡胶由于阳光或者化学物质的作用引起变质，炼钢炉衬的熔化以及一种金属被另一种金属熔融液态金属腐蚀，这些过程的结果都属于材料腐蚀，这是一种广义的定义。金属及其合金至今仍然被公认为是最重要的结构材料，所以金属腐蚀自然成为最引人注意的问题之一。腐蚀破坏的形式种类很多，在不同环境条件下引起金属腐蚀的原因不尽相同，而且影响因素也非常复杂。为了防止和减缓腐蚀破坏及其损伤，通过改变某些作用条件和影响因素而阻断和控制腐蚀过程，由此所发展的方法、技术及相应的工程实施成为防腐蚀工程技术

介绍金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。此外，还有低频腐蚀疲劳、应力腐蚀及微生物腐蚀等 。通常 ，金属构件在海洋飞溅区（指风浪、潮汐等激起的海浪、飞沫溅散到的区域）的全面腐蚀速率最高。防止海洋腐蚀的措施除正确设计金属构件、合理选材外，通常有以下几种：①采用厚浆型防腐蚀涂料。②对重点部件采用耐腐蚀材料包套。③设计构件时要考虑到足够的腐蚀裕量。④根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极。

特点金属受海洋环境(海水、海洋大气jffl海生物等)影响产生的腐蚀。具有电化学特点，故极易发生接触腐蚀、氧浓差腐蚀、缝隙腐蚀。t海洋腐蚀主要与海水含氧量、海水流速和深度、钙质沉积，以及海水的污染情况和海洋植物的光合作用等有关。海洋腐蚀多产生予浸渍海水中的设备(如舰炮的海水冷却系统)，以及在沿海地区使用或经海运陶设备器材。根据金属所处的具体区域和具体的海面地带陶不同。腐蚀速度和程度等也不相同。通常可分为海洋大气腐蚀、海水间断湿润部分的腐蚀、完全浸入海水部分的腐蚀和海底土壤中的腐蚀等。海洋腐蚀时特点是：

1．飞溅带时腐蚀最严重(与海水飞溅、干湿交替和日射等有关)，而深海带(氧量少)的腐蚀则较轻；

2．在海洋或海面多表现为盐雾的腐蚀，腐蚀速度与相对湿度、温度和风向的变化，以及距离海洋的远近等有关；

3．腐蚀随时间而变化，开始的腐蚀率趋于稳定，随时间延长而速度加快。海洋腐蚀的防止方法是合理选用金属材料，溶覆保护层，采用电化学保护等。1

分类构件在海洋环境中发生腐蚀，腐蚀类型主要有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、湍流腐蚀、空泡腐蚀、电偶腐蚀和腐蚀疲劳等，这些腐蚀现象的发生往往与金属构件的结构和工艺相关。

均匀腐蚀均匀腐蚀是指在金属表面上几乎以相同的速度所进行的腐蚀，与在金属表面上产生的任意形态的全面腐蚀不同。均匀腐蚀一般发生在阴极区和阳极区难以区分的地方。

点蚀金属表面局部区域出现向深处发展的腐蚀称为点蚀，而金属的其余区域则无明显腐蚀发生。点蚀具有“深挖”特性，即蚀孔一旦形成，往往自动向深处腐蚀，因此具有极大的破坏力和隐患性。点蚀不仅与环境中分散的盐粒或污染物相关，同时也与材料本身的表面状态和处理工艺相关。

缝隙腐蚀部件在介质中，由于金属与金属(或非金属)之间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质处于滞流状态而引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。该腐蚀在海洋飞溅区和海水全浸区最为严重，同时在海洋大气中也有发现。几乎所有金属和合金都会发生缝隙腐蚀。

湍流腐蚀在构件的某些特定部位，由介质流速急剧增大形成的湍流引起的磨蚀称为湍流腐蚀。许多金属如钢、铜、铸铁等对速度非常敏感，当速度高于某一临界值时会发生快速侵蚀。湍流腐蚀常常伴随有空泡腐蚀，有时两者甚至很难区分。冲击腐蚀也属于湍流腐蚀的范畴，是指高速流体的机械破坏和电化学腐蚀这两种作用对金属共同破坏的结果。

空泡腐蚀流体与金属构件做高速相对运动时。在金属表面局部地区产生涡流，伴随有气泡在金属表面迅速生成和破灭，呈现与点蚀类似的破坏特征，这种条件下产生的磨蚀称为空泡腐蚀，又称空穴腐蚀或汽蚀。该类腐蚀多呈蜂窝状，是电化学腐蚀与气泡破灭产生的机械损伤共同作用的结果。

电偶腐蚀电偶腐蚀是由于一种金属与另一种金属或电子导体构成的腐蚀电池的作用而造成的腐蚀。当两种不同的金属相连接并暴露在海洋环境中时，通常会产生严重的电偶腐蚀。电偶腐蚀的严重程度主要取决于两种金属在海水中电位序的相对差别和相对面积，但是也与金属的极化性相关。通常可采用在两金属连接处加绝缘层或是在电偶阴极上覆以绝缘保护涂层的方法来控制或抑制电偶腐蚀。2

环境因素海水是一种多种组分的水溶液，溶解有多种无机盐类，平均盐度约35，这使得海水成为天然的强电解质，具有导电的特性。海洋中的金属材料在与环境介质间发生化学或电化学相互作用中会引起材料的破坏或变质，发生金属腐蚀现象。

金属腐蚀的结果将使得金属材料发生生锈、开裂、变薄、局部穿孔等现象，使材料的强度降低，使用寿命缩短，甚至结构断裂而遭到破坏。因此，腐蚀过程对海洋工程结构物的安全和经济成本构成重要影响，降低腐蚀速度就可延长结构物的使用寿命，并减小昂贵的维修费用，因而为了保证结构物的安全和使用寿命，因此在设计阶段对结构构件进行防腐蚀设计必不可少。

造成金属材料在海水、海洋大气及海底泥土中发生腐蚀现象的环境因素，主要有化学因素、物理因素和生物因素。

化学因素的作用主要体现在海水中的溶解氧(Dissolved Oxygen)含量、含盐量及电导率等方面。溶解氧含量是影响海水腐蚀速率的重要因素，根据氧的作用可将金属分为活性金属(非钝化金属)和钝化型金属。对于前者，如铸铁、碳钢和低合金等，溶解氧含量越高则造成的金属腐蚀将越严重，反之，对于后者，如不锈钢、铝、钛等，溶解氧有利于金属表面钝化膜的形成和维护，低浓度的溶解氧反而不利于钝化膜的形成而导致腐蚀。海水具有的高含盐量则直接影响海水的电导率和含氧量，进而对腐蚀产生影响，海水的电导率增加将加速金属材料的腐蚀。而Cl能破坏大多数金属，如钢、铸铁、锌等表面的氧化膜，使之在海水中无法钝化，加速了局部腐蚀。海水的pH值几乎不直接影响金属的腐蚀。一般情况下，海水的pH值越高，越有利于减少海水对钢铁的腐蚀，但实际海水的pH值变化小，它对金属腐蚀的影响也小。

影响腐蚀的物理因素有海水流速、波浪、潮汐、温度等，它们影响到溶解氧的供给。有的金属是流速高时耐腐蚀性较好，如不锈钢等，有的则流速低时耐腐蚀性好，如铜合金等，对于钢铁则不论海水流速的快慢都将使腐蚀速度加快，这是因为海水中的高浓度使得钢铁不论流速大小都建立不了钝态。此外一定高速的流速还将产生冲击磨蚀等多种腐蚀现象，使金属的腐蚀速度加快。飞溅的浪花供氧充足，并且在金属表面产生冲击磨损，破坏其上的保护膜和涂层，导致部分非钝性金属的腐蚀加重。潮汐的涨落将使得靠近海面的大气中有大量的水分和盐分，再加上有充足的氧气，它们加剧了金属的腐蚀。海水水温的升高对腐蚀起着加速的作用，但影响过程复杂。

在海洋金属上还附着有一些海洋生物，包括某些海洋动物、植物和微生物(如硫酸盐还原菌等)，它们会在金属表面生长繁殖，产生腐蚀性物质或促进电化学腐蚀，在钢结构表面造成点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀，其代谢物及尸体分解物中含有的硫化氢等酸性成分亦对金属的腐蚀起着加速的作用。某些海洋附着生物在生长过程中还能穿透金属表层的保护层，直接破坏保护涂层，引起严重的腐蚀。

实际工程中，金属的海洋腐蚀受到许多因素的共同影响，是一个复杂的过程。针对不同的金属材料和结构物不同的工况环境，其腐蚀会呈现不同的规律，需要具体情况具体分析。如航行船舶的水线上下干湿交替区域，受到海水和大气的交替作用以及漂浮污染物等多方面腐蚀因素的影响，造成船体外壳腐蚀很严重。船底部位则因附着有海洋生物，涂层会被附着生物侵入遭到破坏而腐蚀严重。船首受到很大的水动力作用，船尾受到螺旋桨的强大水流冲刷作用等都促使这些部位的腐蚀加速。3