水环境腐蚀在线视频

水环境腐蚀是材料自然环境中的重要类型

一般包括淡水腐蚀 盐水湖腐蚀和海水腐蚀

由于海洋占地球表面约70%

金属材料在海洋中的腐蚀相当严重

海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的1/3

近年来 海洋开发受到普遍重视

各种海上运输工具与舰船

海上采油平台

开采和水下输送的大量增加

海洋腐蚀问题也更为突出

在海边码头 跨海大桥 海洋岛礁

以及深海空间站建设中

海水腐蚀也是建设中面临的重大问题

因此 在水环境腐蚀中

我们主要介绍海水腐蚀

海水的特点

其盐类主要为氯化钠

其次氯化镁等盐

如表所示 用盐度

即1000g海水中溶解的

固体盐类物质的总克数

海水的平均盐度为

千分之32至37.5之间变化

平均值为千分之35

因此我们把海水近似看作

3%或3.5%的NaCl溶液

总盐度随地区会发生变化

如江河入海口 海水被稀释 盐度变小

在地中海 红海等封闭性内海

盐度可达40%

我国近海的盐度平均值约为千分之32

海水的第二个特点是具有高的电导率

远超于河水和雨水

另外 海水的氧含量

pH值和温度均随海水深度变化而变化

金属海水中腐蚀

阳极溶解速度大

以阴极的氧去极化反应为腐蚀控制步骤

当大量硫化氢缺氧海水中

还可能发生硫化氢的阴极去极化作用

大部分金属在海水中的腐蚀速率较大

不锈钢在海水中也发生腐蚀

只有极少数易钝化金属

如钛 铌 锆等才能在海水中保持钝性

一些合金钢在海水中腐蚀速率

随腐蚀产物覆盖而降低

可比碳钢耐蚀5倍

由于海水电导率大

易形成宏观电偶电池

例如海船的青铜螺旋桨

可引起数十米外钢制船身的腐蚀

其次 海生物对腐蚀影响较大

高流速的海水中易产生冲击腐蚀和空蚀

海水腐蚀的另一个特点

金属腐蚀速率随海水深度变化而变化

以碳钢的海水环境腐蚀为例

在海水大气区

受大气湿度和温度等因素影响

盐粒加速大气区腐蚀

在飞溅区

因表面处于潮湿和干湿交替状态

浪花飞溅破坏腐蚀覆盖物完整性

因此腐蚀剧烈

在潮汐区

因供氧充分与海水中金属构成氧浓差电池

使该区受到保护而腐蚀速率减缓

在全浸区

温度和氧含量随深度增加而降低

水流速也逐渐降低

其腐蚀速率也随深度增加而逐渐降低

在深海区钢的腐蚀速率通常较轻

但在浅水区

因流速 水温 海生物等多因素影响

腐蚀速率较大

如图所示

为海洋工程材料的典型腐蚀特征

其中在潮差区

和浪花飞溅区的动态液膜

和海浪冲刷磨损

腐蚀相对严重

在深海区虽然均匀腐蚀不明显

但会发生点蚀 应力腐蚀开裂等

由于海水是一种复杂的多种盐类的溶液

因而不能像简单的盐溶液一样

容易搞清影响腐蚀的每个因素作用

由于海水中还含有生物 悬浮泥沙

溶解的气体和腐败的有机质

因此金属的腐蚀行为

是与这些因素的综合作用有关

表列举了海水环境中的诸多因素

以铁为例

有下列的趋向

氧是加速腐蚀的主要因素

溶盐当超过一定值后

由于氧的溶解度降低

使金属腐蚀会下降

pH值高有利于生产保护性水垢

在深海处pH值略有降低

不利于在金属表面形成保护性碳酸膜

碳酸盐饱和度

碳酸盐易于沉积在金属表面形成保护层

当施加阴极保护时更易使碳酸盐析出

碳钢的腐蚀速率随流速的增加而增大

但对在海水中能钝化的金属

如钛 镍和高铬不锈钢

一定的流速能促进钝化

但高流速下会出现空蚀 冲刷腐蚀等

另外

生物因素对金属的海水腐蚀有较大影响

例如藤壶等海洋生物附着

它不仅造成氧浓差电池

同时会形成缝隙腐蚀

另外海生物附着对表面涂层的穿刺破坏

使金属腐蚀

海生物附着还影响舰船速度

海洋中的植物代谢产生的硫化氢

微生物生命活动或代谢产物

也导致金属腐蚀

关于海水环境腐蚀及海洋工程材料

这里有两类比较有意思的材料

一类是针对钢筋混凝土用钢

目前我们常见的混凝土钢筋

为20MnSi系列高碳低合金钢

满足强度要求

但难以满足海洋工程苛刻环境的

耐蚀性要求

因此 现在较多的大型桥梁

码头的工程结构

会采用不锈钢作为混凝土结构的钢筋

最早应用不锈钢作为混凝土钢筋的是

墨西哥的码头

如上图所示

这建于1941年

采用含镍304奥氏体不锈钢为钢筋

经七十多年仍保持完好

没有经过大修

而旁边采用一般碳钢钢筋混凝土的码头

修建于1970年

目前已被侵蚀仅剩部分混凝土桥墩

现在 很多需要百年工程的项目中

越来越多采用不锈钢

作为混凝土结构的钢筋

特别是在防止海水飞溅区侵蚀的部位

例如 香港的昂船洲大桥

作为世界第三长的跨越式斜拉桥

在298m高的的立塔斜拉锚固区

采用了1600吨不锈钢

在塔下部的混凝土区

用了2800吨不锈钢钢筋

港珠澳大桥为满足120年的服役要求

在大桥的承台 塔座 及墩身等多个部位

均采用双相不锈钢钢筋

其中采用太钢生产双相不锈钢钢筋

就达8200吨

另一类在海洋工程应用中比较有意思的是

钛合金

通过前面学习我们知道

钛合金是一类容易自钝化

耐蚀能力强的金属

是海水淡化 潜艇

深海空间站等海洋工程的理想材料

例如俄罗斯因钛资源丰富

大量的核潜艇外壳用钛合金制造

由于钛合金成本高

且易与其他金属形成电偶腐蚀

工程建设初期的一次性成本投入太大

较多企业不愿意采用钛合金设备

然而

如果将整个工程长周期的维护

大修设备更换等服役成本计算

使用钛合金的成本还可能略低

再加之

近年来我国在钛合金制造技术的提升

近来大家已经逐渐意识到

钛合金在整个服役周期中的优势

已经逐渐开始使用钛合金

例如 蛟龙号外壳是采用钛合金

我们现在规划的深海空间站

也将大部分采用钛合金