金属在海水中的腐蚀

1.金属在海水中的腐蚀

1.1.海水的物理化学性质

海水中含有多种盐类，表层海水含盐量一般在3.2%~3.75%之间，随水深的增加，海水含盐量约有增加。海水中的盐主要为氯化物，占总盐量的88.7%(见表11-1)。

由于海水总盐度高，所以具有很高的电导率，海水平均比电导率约为4×10−2S·c m−1，远远超过河水(2×10−4S·c m−1)和与水(1×10−3S·c m−1)的电导率。

海水含氧量是海水腐蚀的主要因素之一，正常情况下，表面海水氧浓度随水温度大体在5~10mg/L范围内变化。

1.2.海水腐蚀的特点

海水是典型的电解质溶液，其腐蚀有如下特点：

(1)中性海水溶解氧较多，除镁及其合金外，绝大多数海洋结构材料在海水中腐蚀都是由氧的去极化控制的阴极过程。一切有利于供氧的条件，如海浪、飞溅、增加流速，都会促进氧的阴极去极化反应，促进钢的腐蚀。

(2)由于海水的电导率很大，海水腐蚀的电阻性阻滞很小，所以海水腐蚀中金属表面形成的微电池和宏观电池都有较大的活性。海水中不同金属接触时很容易发生电偶腐蚀，即使两种金属相距数十米，只要存在电位差并实现电连接，就可发生电偶腐蚀。

(3)因海水中氯离子含量很高，因此大多数金属，如铁、钢、铸铁、锌、镉等，在海水中时不能建立钝态的。海水腐蚀过程中，阳极的极化率很小，因而腐蚀速率相当高。

(4)海水中易出现小孔腐蚀，孔深也较深。

1.3.腐蚀因素

海水是含有3~3.5%氯化钠为主盐、pH值为8左右的良好电解质。影响海水腐蚀的主要因素有：

(1)氧含量：海水的波浪作用和海洋植物的光合作用均能提高氧含量，海水的氧含量提高，腐蚀速率也提高。

(2)流速：海水中碳钢的腐蚀速率随流速的增加而增加，但增加到一定值后便基本不变。而钝化金属则不同，在一定流速下能促进高铬不锈钢的钝化提高耐蚀性。当流速过高时金属腐蚀将急剧增加。

(3)温度：与淡水相同，温度增加，腐蚀速度将增加。

(4)生物：生物的作用是复杂的，有的生物可形成保护性覆盖层，但多数生物是增加金属腐蚀速度。

1.4.腐蚀fǔshí

(1)[corrode; etch]∶由化学或由化学作用使物体消耗或破坏(例如铁在大气中的生锈)

(2)[corrupt]∶使人在坏的思想、坏行为等因素影响下堕落

广义的腐蚀指材料与环境间发生的化学或电化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现象。

狭义的腐蚀是指金属与环境间的物理-化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属，环境及其构成系功能受到损伤的现象。

腐蚀的类型可分为湿腐蚀和干腐蚀两类。湿腐蚀指金属在有水存在下的腐蚀，干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀。由于大气中普遍含有水，化工生产中也经常处理各种水溶液，因此湿腐蚀是最常见的，但高温操作时干腐蚀造成的危害也不容忽视。

湿腐蚀金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。与此同时在接触水溶液的金属表面，电子有大量机会被溶液中的某种物质中和，中和电子的过程是还原过程，即阴极过程。常见的阴极过程有氧被还原、氢气释放、氧化剂被还原和贵金属沉积等。

随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会受到阻滞而变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。

干腐蚀一般指在高温气体中发生的腐蚀，常见的是高温氧化。在高温气体中，金属表面产生一层氧化膜，膜的性质和生长规律决定金属的耐腐蚀性。膜的生长规律可分为直线规律、抛物线规律和对数规律。直线规律的氧化最危险，因为金属失重随时间以恒速上升。抛物线和对数的规律是氧化速度随膜厚增长而下降，较安全，如铝在常温氧化遵循对数规律，几天后膜的生长就停止，因此它有良好的耐大气氧化性。

腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种。在化工生产中，后者的危害更严重。

均匀腐蚀腐蚀发生在金属表面的全部或大部，也称全面腐蚀。多数情况下，金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜，使腐蚀变慢。有些金属，如钢铁在盐酸中，不产生膜而迅速溶解。通常用平均腐蚀率(即材料厚度每年损失若干毫米)作为衡量均匀腐蚀的程度，也作为选材的原则，一般年腐蚀率小于1～1.5mm，可认为合用(有合理的使用寿命)。

局部腐蚀腐蚀只发生在金属表面的局部。其危害性比均匀腐蚀严重得多，它约占化工机械腐蚀破坏总数的70％，而且可能是突发性和灾难性的，会引起爆炸、火灾等事故。