金屬在海水環(huán)境中腐蝕

1、4.2 金屬在海水中的腐蝕 海洋占地球表面積70%，海水是自然界中數(shù)量最大且具有腐蝕性的天然電解質(zhì)。我國海岸線長達18000km，海域廣闊。 沿海地區(qū)的工廠常用海水作為冷卻介質(zhì)，冷卻器的鑄鐵管在海水作用下，一般只能使用34年； 海水泵的鑄鐵葉輪只能使用3個月左右； 碳鋼冷卻箱內(nèi)壁腐蝕速度可達1mm/a以上。 海洋開發(fā)受到重視，海上運輸工具、海上采油平臺，開采和水下輸送及儲存設備等金屬構(gòu)件受到海水和海洋大氣腐蝕的威脅愈來愈嚴重； 研究海洋環(huán)境中金屬的腐蝕及其防護有重要意義。4.2.1 海水腐蝕特點4.2.1.1 鹽類及導電率 海水為腐蝕性介質(zhì)，特點是含多種鹽類，鹽分中主要是NaCl，常把海水近似

2、地看作質(zhì)量分數(shù)為3%或3.5%的NaCl溶液。 鹽度是指1000g海水中溶解固體鹽類物質(zhì)的總克數(shù)，一般海水的鹽度在3.23.75之間，通常取3.5為海水的鹽度平均值。 海水中氯離子的含量很高，占總鹽量的58.04%，使其具有較大腐蝕性。 海水平均電導率為410-2S/cm，遠超過河水和雨水的電導率。4.2.1.2 溶解氧 海水中溶解氧，是海水腐蝕的重要因素。 正常情況下海水表面層被空氣飽和； 氧的濃度隨水溫一般在(510)10-6cm3/L范圍內(nèi)變化。 由表4-4可見，鹽的濃度和溫度愈高，氧的溶解度愈小。表4-4 氧在海水中的溶解度4.2.1.3 海水的電化學特點1)多數(shù)金屬,除特別活潑金屬鎂

3、及其合金外,海水中的腐蝕過程都是氧去極化過程, 腐蝕速度由氧擴散過程控制。2)大多數(shù)金屬(鐵、鋼、鋅等)，在海水中發(fā)生腐蝕時，陽極過程的阻滯作用很小, 海水中Cl-離子濃度高,海水中用增加陽極阻滯方法來減輕海水腐蝕的可能性不大, 添加合金元素鉬, 才能抑制Cl-對鈍化膜的破壞作用，改進材料在海水中的耐蝕性。3)海水電導率很高, 電阻性阻滯很小, 對海水腐蝕,微觀電池的活性較大, 宏觀電池活性也較大。在海水中, 異種金屬接觸引起的電偶腐蝕有相當大的破壞作用。如艦船的青銅螺旋槳可引起遠達數(shù)十米處的鋼船殼體的腐蝕。4)海水中金屬易發(fā)生局部腐蝕破壞。如點蝕，縫隙腐蝕，湍流腐蝕和空泡腐蝕等。 4.2.2

4、 影響海水腐蝕的因素 海水中鹽類,溶解氧、海洋生物和腐爛的有機物,海水的濕度、流速與pH值等都對海水腐蝕有很大的影響。1)鹽類 NaCl為主, 海水中鹽的濃度與鋼的腐蝕速度最大的鹽濃度范圍相近, 當溶鹽濃度超過一定值, 因氧溶解度降低, 金屬腐蝕速度下降, 見圖4-8。圖4-8鋼的腐蝕速度與NaCl濃度的關系2)pH值 海水pH在7.28.6之間。pH值可因光合作用而稍有變化；在深海處pH值略有降低, 不利于金屬表面生成保護性的鹽膜。3)溶解氧 海水中的溶解氧是海水腐蝕的重要因素。大多數(shù)金屬在海水中的腐蝕受氧去極化作用控制。 溶解氧含量隨海水深度不同而變化. 海水表面與大氣接觸含氧量高達121

5、0-6cm3/L。 海平面至-800m深處,含O逐漸減少并達到最低值; 海洋動物要消耗氧氣；-800m再降-1000m，溶氧量又上升，接近海水表面的氧濃度，因為深海水溫度較低、壓力較高的緣故。4)溫度 海水T每升高10，化學反應速度提高約10%，海水中金屬的腐蝕速度將隨之增加。 但T升高, 氧在海水中的溶解度下降，每升高10,氧的溶解度約降低20%，使金屬的腐蝕速度略有降低。 溫度變化與海洋生物有關。海水溫度與金屬腐蝕速度之間的關系是相當復雜的。5)流速 許多金屬發(fā)生腐蝕與海水流速有較大關系。對鐵、銅等金屬存在V臨界，VV臨界，金屬腐蝕明顯加快。 含鈦、含鉬不銹鋼，高速海水中抗蝕性能較好。 6

6、)海洋生物 海洋生物在船舶或海上構(gòu)筑物表面附著形成縫隙，易誘發(fā)縫隙腐蝕。 微生物的生理作用會產(chǎn)生氨、CO2和H2S等腐蝕物質(zhì)，如硫酸鹽還原菌作用產(chǎn)生S2- ,會加速金屬腐蝕。 4.2.3 海水中常用金材料的耐蝕性 金屬材料在海水中的耐蝕性差別很大； 鈦合金和Ni-Cr合金耐蝕性最好； 鑄鐵和碳鋼耐蝕性較差。 不銹鋼的均勻腐蝕速度很?。?在海水中易產(chǎn)生點蝕。 常用金屬材料耐海水腐蝕性能表4-6。 4.2.4 4.2.4 防止海水腐蝕的措施防止海水腐蝕的措施1)研制、應用耐海水腐蝕的材料研制、應用耐海水腐蝕的材料 如鈦、鎳、銅及其合金，耐海水鋼如鈦、鎳、銅及其合金，耐海水鋼(Mariner)。2)陰極保護陰極保護 腐蝕最嚴重處用護屏保護，或用犧牲腐蝕最嚴重處用護屏保護，或用犧牲陽極法。陽極法。3)涂層涂層