海水腐蚀与防护
海水是自然界中量最大、腐蚀性强的一种天然电解质,约占地球总面积的7/10。常用金属及合金都会遭受不同程度的腐蚀。研究和解决海水腐蚀问题,对我国海洋运输和海洋开发及海军现代化的建设都具有重要意义。
一、 海水腐蚀的特征及电化学过程
海水是一种含有多种盐类近中性的电解质溶液,盐分中主要是NaCl,占总盐度的77.8%,其次是MgCl2。由于海水中大量的盐分,使其电导率很高。
海水中溶有一定的氧量,是影响海水腐蚀的主要因素。对于在海水中难以钝化的碳钢等金属材料来说,海水的含氧量越高,金属的腐蚀速度也越大。由于一定量氧的 存在,决定了大多数金属在海水中腐蚀的电化学特征。除电极电位很负的镁及其合金外,所有工程金属材料在海水中都属氧去极化腐蚀。其电极反应如下:
阳极 |
Me |
→ |
Men+ + ne |
阴极 |
O2+2H2O+4e |
→ |
4OH- |
海水腐蚀的特点也与氯离子密切相关。氯离子是活性阴离子,使钝化膜遭到局部破坏。除上述因素外,海水腐蚀还受潮汛、波浪运动、海洋生物、海水深度及微生物等的影响。海水腐蚀是典型的电化学腐蚀,具有如下特征:
★ |
海水腐蚀是氧的去极化腐蚀,尽管表层海水被氧所饱和,但氧通过扩散层到达金属表面的速度小于氧还原的阴极反应速度。在静止或流速不大的海水中,阴极过程通常受氧的扩散速度控制 |
★ |
海水中含有大量的Cl-等卤素离子,对大多数金属其阳极阻滞作用较小。另外,可破坏金属的钝化膜 |
★ |
海水是良好的导电介质,电阻较小。因此和大气及土壤腐蚀相比较,所构成的腐蚀电池作用将更强烈,影响范围更远 |
★ |
海水中除发生全面腐蚀外,还易发生局部腐蚀,如孔蚀和缝隙腐蚀。在高流速情况下,还易产生空泡腐蚀和冲刷腐蚀 |
二、 防止海水腐蚀的措施
(1)合理选材
合理选材是控制腐蚀最常用的方法。不同金属在海水中的耐蚀性差别较大,对于大型海洋工程结构,通常采用价格低廉的低碳钢和低合金钢,再覆之涂料和采取阴极 保护措施。环境的腐蚀条件比较苛刻时,应选用较耐蚀的材料。如船舶螺旋桨用铸造铜合金(铍青铜、铝青铜等)制造,军用快艇选用铝合金,海洋探测用深潜器选 用钛合金制造等。
(2)涂层保护
涂装技术仍是至今普遍采用的方法。涂料的品种较多,应根据构筑物所处环境进行选择。海洋大气区、飞溅区和潮差区主要依靠涂层来防护。另外,选择金属热喷涂 锌、铝加涂料封闭的复合防腐工艺被认为是最经济和有效的防腐工艺。该工艺耐蚀性虽好,但热喷涂施工质量决不可忽视。喷涂前的表面预处理十分重要。除了要严 格进行脱脂、除锈和表面的清洁工作外,金属表面必须达到要求的粗糙度。而且,热喷涂的整个工艺环节控制一定要严格。 |