海洋占地球表面積70%,海水是自然界中數量最大且具有腐蝕性的天然電解質。我國海岸線長達18000km,海域廣闊。沿海地區的工廠常用海水作為冷卻介質,冷卻器的鑄鐵管在海水作用下,一般只能使用3~4年;海水泵的鑄鐵葉輪只能使用3個月左右;碳鋼冷卻箱的內壁腐蝕速度可達1mm/a以上。近年來海洋開發受到重視,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;研究海洋環境中金屬的腐蝕及其防護有重要意義。
海水為腐蝕性介質,特點是含多種鹽類,鹽分中主要是NaCl,常把海水近似地看作質量分數為3%或3.5%的NaCl溶液。
鹽度是指1000g海水中溶解固體鹽類物質的總克數,一般海水的鹽度在3.2%~3.75%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%,使海水具有較大的腐蝕性。
海水平均電導率為4×10-2S/cm,遠超過河水和雨水的電導率。
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(5~10)×10-6cm3/L范圍內變化。由表看出鹽的濃度和溫度愈高,氧的溶解度愈小。
表1 氧在海水中的溶解度
| 溫度/°C | 鹽的濃度(質量分數)/% | |||||
| 0.0 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | |
| 0 | 10.30 | 9.65 | 9.00 | 8.36 | 8.04 | 7.72 |
| 10 | 8.02 | 7.56 | 7.09 | 6.63 | 6.41 | 6.18 |
| 20 | 6.57 | 6.22 | 5.88 | 5.52 | 5.35 | 5.17 |
| 30 | 5.57 | 5.27 | 4.95 | 4.65 | 4.50 | 4.34 |
1)多數金屬,除特別活潑金屬鎂及其合金外,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)大多數金屬(鐵、鋼、鋅等),在海水中發生腐蝕時,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十米處的鋼船殼體的腐蝕。
4)海水中金屬易發生局部腐蝕破壞。如點蝕,縫隙腐蝕,湍流腐蝕和空泡腐蝕等。
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。
以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8。
2)pH值。海水pH值在7.2~8.6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12×10-6。?海平面至-800m深處,含氧量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。海水溫度每升高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。但溫度升高,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。許多金屬發生腐蝕與海水流速有較大關系。尤其對鐵、銅等常用金屬存在一個臨界流速,超過此流速時,金屬腐蝕明顯加快。但含鈦和含鉬的不銹鋼,在高速海水中的抗蝕性能較好
6)海洋生物 海洋生物在船舶或海上構筑物表面附著形成縫隙,易誘發縫隙腐蝕。
微生物的生理作用會產生氨、CO2和H2S等腐蝕物質,如硫酸鹽還原菌作用產生S2- ,會加速金屬腐蝕。
金屬材料在海水中的耐蝕性差別很大,耐蝕性最好的是鈦合金和Ni-Cr合金,而鑄鐵和碳鋼耐蝕性較差。不銹鋼的均勻腐蝕速度雖然很小,但在海水中易產生點蝕。常用金屬材料耐海水腐蝕性能見表2。
| 合金 | 全浸區腐蝕率/mm·a-1 | 潮汐區腐蝕率/mm·a-1 | 沖擊腐蝕性能 | ||
| 平均 | 最大 | 平均 | 最大 | ||
| 低碳鋼(無氧化皮) | 0.12 | 0.40 | 0.3 | 0.5 | 劣 |
| 低碳鋼(有氧化皮) | 0.09 | 0.90 | 0.2 | 1.0 | 劣 |
| 普通鑄鐵 | 0.15 | — | 0.4 | — | 劣 |
| 銅(冷軋) | 0.04 | 0.08 | 0.02 | 0.18 | 不好 |
| 頓巴黃銅 | 0.04 | 0.05 | 0.03 | — | 不好 |
| 黃銅(70Cu-30Zn) | 0.05 | — | — | — | 滿意 |
| 黃銅(22Zn-2Al-0.02As) | 0.02 | 0.18 | — | — | 良好 |
1)研制和應用耐海水腐蝕的材料;
如鈦、鎳、銅及其合金,耐海水鋼(Mariner)。
2)陰極保護 腐蝕最嚴重處采用護屏保護較合理,亦可采用簡易可行的犧牲陽極法。
3)涂層 除應用防銹油漆外,還可采用防止生物沾污的雙防油漆,對于潮汐區和飛濺區的某些固定的鋼結構可以使用蒙乃爾合金包覆。
