海水及海洋大气腐蚀论文

海

洋

环

境

对

金

属王腐建蚀龙的

研

究

海洋环境对金属腐蚀的研究论文

摘要：海洋运输业和海洋环境对金属腐蚀能力研究的发展，对海洋环境对金属腐蚀的研究有了新的规划。本文综述了海洋环境对金属腐蚀的研究、环境特征、腐蚀介质、腐蚀类型，以及海洋环境中影响金属腐蚀的因素和如何做好海洋环境中的腐蚀与防护工作。

关键词：钢铁海水及海洋环境腐蚀腐蚀影响因素腐蚀与防护

1、引言

近年来随着经济全球化的稳步推进，全球海运量正飞速发展，同时人类对能源的大量需求也促使了海洋石油的开采。然而这些工业的发展都离不开钢铁材料，钢铁在人类中是使用最多、应用最为广泛的金属材料，占地球表面积71%的海洋是一个极为严酷的腐蚀环境，这对钢铁材料的耐腐蚀性能有了新的要求。海洋环境对钢铁的腐蚀为人类开发活动带来了许多不必要直接和间接的经济损失，为了海洋工业的发展必须将其影响降到最低。

2、海洋腐蚀环境

海洋腐蚀环境包括海洋大气腐蚀环境和海水腐蚀环境，钢材在海洋环境中的具体位置不同其腐蚀机理和腐蚀类型也各不相同。包括海洋大气腐蚀、海水腐蚀、潮差区腐蚀、飞溅区腐蚀、全浸区腐蚀等，为了研究不同区域的腐蚀必须从腐蚀介质入手。

2．1海水腐蚀环境

海水是一种复杂的多组分水溶液，海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。海水是一种含盐量相当大的腐蚀性介质，表层海水含盐量一般在

3.20％-3.75％之间，随水深的增加，海水含盐量略有增加。盐分中主要为氯

化物，占总盐量的88.7％.由于海水总盐度高，所以具有很高的电导率，海水中pH值通常为8.1-8.2，且随海水深度变化而变化。若植物非常茂盛，CO2减少，溶解氧浓度上升，pH值可接近10；在有厌氧性细菌繁殖的情况下，溶解氧量低，而且含有H2S，此时pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蚀的主要影响因素之一，正常情况下，表面海水氧浓度随水温大体在5~10mg/L 范围内变化。海水温度一般在-2℃-35℃之间，热带浅水区可能更高。海水中氯离子含量约占总离子数的55％，海水腐蚀的特点与氯离子密切相关。氯离子可增加腐蚀活性，破坏金属表面的钝化膜。

2．2海洋大气腐蚀环境

大气腐蚀一般被分成乡村大气腐蚀，工业大气腐蚀和海洋大气腐蚀。乡

村地区的大气比较纯净；工业地区的大气中则含有SO

2，H

2

S, NH

2

和NO

2

等。大

气中盐雾含量较高，对金属有很强的腐蚀作用。与浸于海水中的钢铁腐蚀不

同 ,海洋环境对金属腐蚀的研究同其它环境中的大气腐蚀一样是由于潮湿的气体在物体表面形成一个薄水膜而引起的。这种腐蚀大多发生在海上的船只、海上平台以及沿岸码头设施上。我国许多海滨城市受海洋大气的影响，腐蚀现象是非常严重的

.

除了在强风暴的天气中，在距离海岸近的大气中的金属材

料，特别是在距海岸200m以内的大气区域中，强烈的受到海洋大气的影响，

.离海岸24m处钢的腐蚀比240m处大12倍，海洋环境中金属材料腐蚀速率明显变化发生在距海岸线 15 km到 25 km之间。因此，海洋环境对金属影响范围一般界定为20km左右。海洋大气中相对湿度较大，同时由于海水飞沫中含有氯

化钠粒子，所以对于海洋钢结构来说，空气的相对湿度都高于它的临界值。

因此，海洋环境中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜。薄水膜对钢铁的作用而发生大气腐蚀的过程，符合电解质中电化学腐蚀的规律。这个过程的特点是氧特别容易到达钢铁表面，钢铁腐蚀速度受到氧极化过程控制。空气中所含杂质对大气腐蚀影响很大，海洋大气中富含大量的海盐粒子，这些盐粒子杂质溶于钢铁表面的水膜中，使这层水膜变为腐蚀性很强的电解质，加速了腐蚀的进行，与干净大气的冷凝水膜比，被海雾周期饱和的空气能使钢的腐蚀速度增加几倍。

3、海洋环境对金属腐蚀的影响因素

3．1盐度

盐度是指100克海水中溶解的固体盐类物质的总克数。一般在相通的海洋中总盐度和各种盐的相对比例并无明显改变，在公海的表层海水中，其盐度范围为3.20％～3.75％，这对一般金属的腐蚀无明显的差异。但海水的盐度波动却直接影响到海水的比电导率，比电导率又是影响金属腐蚀速度的一个重要因素，同时因海水中含有大量的氯离子，破坏金属的钝化，所以很多金属在海洋环境中遭到严重腐蚀。

3．2含氧量

海洋环境对金属腐蚀是以阴极氧去极化控制为主的腐蚀过程。海水中的含氧量是影响海洋环境对金属腐蚀性的重要因素。氧在海水中的溶解度主要取决于海水的盐度和温度，随海水盐度增加或温度升高，氧的溶解度降低。

如果完全除去海水中的氧，金属是不会腐蚀的。对碳钢、低合金钢和铸铁等，含氧量增加，则阴极过程加速，使金属腐蚀速度增加。但对依靠表面钝化膜提高耐蚀性的金属，如铝和不锈钢等，含氧量增加有利于钝化膜的形成和修补，使钝化膜的稳定性提高，点蚀和缝隙腐浊的倾向减小。

3．3 CO

2

、碳酸盐的影响

海水中的CO

2主要以碳酸盐和碳酸氢盐的形式存在，并以碳酸氢盐为主。CO

2

气体在海水中的溶解度随温度、盐度的升高而降低，随大气中CO

2

气体分压的升高而升高。海水中的碳酸盐对金属腐蚀过程有重要影响，碳酸盐通过pH值的增大，在金属表面沉积形成不溶的保护层，从而对腐蚀过程起抑制作用。3．4温度的影响

海的洋环境中温度随着时间、空间上的差异会在一个比较大的范围变化。

表层海水温度还随季节而呈周期性变化。温度对海水腐蚀的影响是复杂的。

温度升高，会加速金属的腐蚀。另一方面，海水温度升高，海水中氧的溶解度降低，同时促进保护性碳酸盐的生成，这又会减缓钢在海水中的腐蚀。但在正常海水含氧量下，温度是影响腐蚀的主要因素。这是因为含氧量足够高时，控制阴极反应速度的是氧的扩散速度，而不是含氧量。对于在海洋环境中对金属钝化的研究，温度升高，钝化膜稳定性下降，点蚀、应力腐蚀和缝隙腐蚀的敏感性增加。

3．5海水流速的影响

海水腐蚀是借助氧去极化而进行的阴极控制过程，并且主要受氧的扩散速度的控制。另一方面，在海环境中水海对金属表面有冲蚀作用，当流速超过某一临界流速时，金属表面的腐蚀产物膜被冲刷掉，金属表面同时受到磨损，这种腐蚀与磨损联合作用，使钢的腐蚀速度急剧增加。对于在海水中能钝化的金属，如不锈钢、铝合金、钛合金等，海水流速增加会促进其钝化，

可提高耐蚀性。

3．6海生物对海洋环境中金属腐蚀研究的影响

海生物在大多数情况下是加大腐蚀的，尤其是局部腐蚀。海水中叶绿素植物可使海水中含氧量增加，海生物放出的CO 2使周围海水酸性加大，海生物

死亡、腐烂可产生酸性物质和H2S ，这些都可使腐蚀加速。此外，有些海生物会破坏金属表面的油漆或镀层，有些微生物本身对金属就有腐蚀作用。

3．7光照条件

例如铜铁在光照下会促进铜及铁金属表面的光敏腐蚀反应及真菌类生物的生物活性，这就为湿气和尘埃在金属表面贮存并腐蚀提供更大的可能性。在热带地区金属受到日光的强烈照射，另外，海洋环境中的材料背阳面比朝阳面腐蚀更快。这是因为与朝向太阳的一面相比，背向太阳面的金属材料尽管避开太阳光直射、温度较低，但其表面尘埃和空气中的海盐及污染物未被及时冲洗掉，湿润程度更高使腐蚀更为严重。

4、0海洋环境中金属的防腐蚀

综上所述，海洋环境中金属腐蚀的研究，比如钢铁由于受环境因素的影响，必然需采用一定的防腐蚀措施。防腐蚀措施有玻璃钢，耐蚀材料热喷涂，阴极保护等多种方法，但由于造价原因或管理上的原因，目前更多的是选用涂料保护膜。下面介绍一种生活中用的很少的保护层

磷酸锌涂料

磷酸盐作为防锈颜料的品种也很多，如磷酸铁铵，磷酸铁、磷酸铬、磷酸钙和钡等，在应用上比较成功的是磷酸锌［Ｚｎ３（ＰＯ４）２?４Ｈ２Ｏ］，

磷酸锌本身是水合物，具有碱式络合物的能力。这种络合物与漆基的极性基团（羟基或羧基）进一步络合，生成稳定的交联络合物以增强漆膜耐水性和附着力，同时也能和Ｆｅ２＋形成络合物，阻止锈的形成和发展。

5、结语

对于钢在工业和乡村环境中的腐蚀已有较多的研究，海洋环境中含有大量的Cl -,钢铁在海洋环境中腐蚀与工业和乡村环境中的腐蚀在腐蚀机理和规律方面存在差异。钢铁在海洋环境中的腐蚀过程不同于其它环境,钢铁材料在实际海洋环境中腐蚀影响因素众多,作用十分复杂 ,这对海洋环境的腐蚀研究提出了更高的要求。对于海洋大气腐蚀研究,希望建立室内模拟试验和真实海洋大气自然环境试验之间的关系,通过调整试验方法和试验参数,从而可以在室内进行钢铁在不同海洋大气自然环境下的腐蚀行为、规律和机理的研究,这对于耐海洋环境腐蚀用钢的研究与发展具有重要的意义。海洋环境耐腐蚀钢的耐蚀性一方面决定了海洋工业的发展，另一方面在我国可持续发展道路上也将产生较大的经济效益。

参考文献：

[1] 柯伟，杨武.腐蚀科学技术的应用和失效案例[M].化学工业出版社，2006.

[2] 陈云波.我国钢结构现状与发展途径[J].建筑科技，1998(7).

[3] 梁彩凤.钢在中国大陆的大气腐蚀研究[J].电化学，2001(5).