海水、海洋大气腐蚀特点及防腐.pdf

实用文档 标准文案 海水、海洋大气中的金属腐蚀 1、海水水质的主要特点 含盐量高，盐度一般在35g/L 左右；腐蚀性大；海水中动、植物多；海水中 各种离子组成比例比较稳。pH变化小，海水表层pH在 8.1 8.3 范围内，而在 深层 pH则为 7.8 左右。 2、海水腐蚀的特点 海水腐蚀为电化学腐蚀；海水腐蚀的阳极极化阻滞对大多数金属（铁、钢、 铸铁、锌等）都很小，因而腐蚀速度相当大; 海水氯离子含量很高， Cl - 破坏钝化 膜，因此大多数金属在海水中不能建立钝态，在海水中由于钝化的局部破坏，很 容易发生空隙和缝隙腐蚀等局部腐蚀。不锈钢在海水中也遭到严重腐蚀；多数金 属阴极过程为氧去极化作用， 少数负电性很强金属 （Mg ）及合金腐蚀时发生阴极 氢去极化作用； 海水电导率很大， 海水腐蚀电阻性阻滞很小， 所以海水腐蚀中不 仅腐蚀微电池的活性大，腐蚀宏电池的活性也很大。 海水的电阻率很小， 因此异种金属接触能造成的显著的电偶腐蚀。其作用强 烈，作用范围大。 3、海水腐蚀的影响因素 3.1 盐类及浓度 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 实用文档 标准文案 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， 所以很多金属在海水中遭到严重 腐蚀。 盐类以 Cl -为主，一方面：盐浓度的增加使得海水导电性增加，使海水腐蚀 性很强；另一方面： 盐浓度增大使溶解氧浓度下降，超过一定值时金属腐蚀速度 下降。 3.2 pH值 海水 pH 在 7.2-8.6 之间，为弱碱性，对腐蚀影响不大。 3.3 碳酸盐饱和度 在海水 pH 条件下，碳酸盐达到饱和，易沉积在金属表面形成保护层。若未 饱和，则不会形成保护层，使腐蚀速度增加。 3.4 含氧量 海水腐蚀是以 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 海水腐蚀性的重要因素。 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。 含氧量增加， 金属腐蚀速度增加； 对于能形成钝化膜的金属， 含氧量适当增 加，有助于防止腐蚀的进一步进行。 实用文档 标准文案 3.5 温度 一方面：温度升高，腐蚀速度加快。另一方面：温度升高，氧在海水中溶解 度下降，引起腐蚀速度减小 海水的温度随着时间、 空间上的差异会在一个比较大的范围变化。从两极到 赤道，表层海水温度可由 0增加到 35，海底水温可接近 0，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。从动力学方面考虑， 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 （实测值为 5 mL L以上） ，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 海水中钝化的金属，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。 3.6 流速 流速增加，金属腐蚀速度增加。 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，海水流速和波浪由于改变了供氧条件， 必然对腐蚀产生重要影响。 另一方面， 海水对金属表面有冲蚀作用，当流速超过 某一临界流速 wc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。 3.7 海生物的影响 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 实用文档 标准文案 可使海水中含氧量增加，海生物放出的CO2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。 4、海洋大气腐蚀 大气腐蚀基本上属于电化学性腐蚀范围。它是一种液膜下的电化学腐蚀， 和 浸在电解质溶液内的腐蚀有所不同。 由于金属表面上存在着一层饱和了氧的电解 液薄膜，使大气腐蚀以优先的氧去极化过程进行腐蚀。另一方面在薄层电解液下 很容易造成阳极钝化的适当条件，固体腐蚀产物也常以层状沉积在金属表面，因 而带来一定的保护性。例如，钢中含有千分之几的铜，由于生成一层致密的、保 护性较强的锈膜，使钢的耐蚀性得到明显改善。 海洋大气是指在海平面以上由于海水的蒸发，形成含有大量盐分的大气环境。 此种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 , 海洋大气腐蚀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。普通碳钢在海洋大气中的腐蚀比沙漠大气中大50倍100倍。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，海洋大气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，海洋大气的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，海洋大气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 钢的腐蚀速度增加倍。 5、海洋大气腐蚀的影响因素 5.1 大气相对湿度 实用文档 标准文案 海洋大气中相对湿度较大， 空气的相对湿度都高于它的临界值。因此海洋大 气中的钢铁表而有腐蚀性水膜。 表面水膜的厚度对钢铁的海洋大气腐蚀有重要影 响，它直接影响到钢铁腐蚀速率和腐蚀机理。同一般的大气腐蚀相比， 由于海洋 大气环境具有高的湿度，钢铁表面通常存在较厚的水膜，随着水膜厚度的增加， 腐蚀速度变大。对于海洋大气环境的不同湿度， 所形成的水膜也具有不同的厚度， 因而在不同海域的海洋大气腐蚀形式也不完全相同。对于日晒和风吹， 钢铁表而 的水膜厚度也会发生改变， 从而改变钢铁表面大气腐蚀的过程。腐蚀性水膜对钢 铁发生作用的海洋大气腐蚀的过程，符合电解质中电化学腐蚀的规律。这个过程 是氧特别容易到达钢铁表而， 钢铁腐蚀速度受到氧极化过程控制。此外，海洋环 境中的雨、 雾、露中的水分通过不同的方式影响相对湿度，进而影响钢铁的大气 腐蚀过程。试验结果表明钢在相对湿度大于70%时腐蚀严重。 5.2 大气含盐量 海洋大气中因富含大量的海盐粒子，形成含有大量盐分气体的环境， 这是与 其它气体环境的重要区别。 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8 倍。 海洋大气区海盐的沉积随风浪条 件、距离海面的高度和在空气中暴露时间的长短等因素有关。随着海岸线向内陆 的扩展，大气中盐雾含量逐渐降低， 海洋大气腐蚀现象会相对减弱直至过渡到一 般的大气腐蚀环境。 5.3 干湿交替的影响 暴露于海洋大气环境下的金属材料表面常常处于干湿交替变化的状态中，干 湿交替导致金属表面盐浓度较高从而影响金属材料的腐蚀速率干湿交替变化的 频率受到多种因素的影响。 空气中的相对湿度通过影响金属表面的水膜厚度来影 响干湿交替的频率。 日照时间如果过长导致金属表面水膜的消失，降低表面的润 湿时间，腐蚀总量减小。另外降雨、风速对金属表面液膜的干湿交替频率也有 一定的影响。 在海洋大气区金属表面常会有真菌和霉菌沉积，这样由于它保持了 表面的水分而影响干湿交替的频率从而增强了环境的腐蚀性。 5.4 光照条件 光照条件是影响材料海洋大气腐蚀的重要因素。光照会促进铜及铁金属表面 实用文档 标准文案 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，同时珊瑚粉尘和 海盐混合在一起使金属的腐蚀极为严重。另外，海洋大气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。 5.5 大气温度 不同海域由于温度及其它环境因素的差异，海洋大气的腐蚀性差异较大。 海 洋大气腐蚀环境的温度及其变化通过影响金属表而的水蒸汽的凝聚、水膜中各种 腐蚀气体和盐类的溶解度、 水膜的电阻以及腐蚀电池中的阴、阳极过程的腐蚀速 度来影响金属材料的海洋大气腐蚀。 在一般的大气环境中由于相对湿度低于金属 临界相对湿度， 在温度升高的情况下由于环境干燥，金属的腐蚀仍然很轻微。 但 是在海洋大气腐蚀环境中由于空气湿度大，常常高于金属的临界相对湿度， 温度 的影响十分明显， 温度升高使海洋大气腐蚀明显加剧。对于一般的化学反应， 温 度每升高 10，反应速度提高到2 倍。所以同一地区的季竹变化会影响腐蚀速 度。温度越高，腐蚀性越强一般热带海洋大气的腐蚀性最强温带海洋大气次之温 度较低的南北极最弱。 6、下面着重说一下湿度和温度的影响 大气腐蚀速度与水膜厚度如图所示 实用文档 标准文案 区 干大气腐蚀 区 潮大气腐蚀 区 湿大气腐蚀 金属零件表面水膜厚超过1mm ，相当于金属全浸在水中的腐蚀，随水膜厚度 进一步增加，金属的腐蚀速度不再变化。 区域 I ：在大气湿度特别低的情况下，金属表面只有几个分子层厚的附着水 膜，没有形成连续的电解液，腐蚀速度很小，相当于干大气腐蚀。 区域：随着大气湿度的增加， 金属表面液膜层厚度也逐渐增加，形成连续 电解液膜层， ( 几十或几百个水分子层厚 ) ，但膜薄氧易于扩散进入界面，发生电 化学腐蚀。此区腐蚀速度急剧增加，相当于潮的大气腐蚀。 区域：水膜厚可达几十至几百微米，为湿的大气腐蚀区。随着液膜的增厚，氧 的扩散阻力加大，因而腐蚀速度也相应降低。 区域：当金属表面水膜变得更厚， 如大于 1mm 时，已相当于全浸在电解液 中的腐蚀情况，腐蚀速度已基本不变。 一般环境的大气腐蚀大多是在、区进行的。 但应当指出的是， 随着气候 条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式可以相互转换。 对于某些金属来说， 大气腐蚀强烈地受到 温度和大气中水分含量 的影响，湿 度的波动和大气尘埃中的吸湿性杂质容易引起水分冷凝，在含有不同数量污染物 的大气中，金属都有一个临界相对湿度，超过此值，腐蚀速度会突然增加。出现 临界相对湿度， 标志着金属表面产生了一层吸附的电解液膜，这层液膜的存在使 金属从化学腐蚀变成了电化学腐蚀， 使腐蚀性质发生了突变， 腐蚀速度大大增强。 大气腐蚀临界相对湿度与金属的种类、表面状态以及环境的气氛等因素有关。 通常，金属的临界相对湿度在70左右，而在某些情况下，如含有大量工业气 体、易吸湿的盐类、腐蚀产物和灰尘等，使临界相对湿度降低很多。中性盐类对 金属速度的影响取决于很多因素，如腐蚀产物的溶解度、 阴离子的特性， 特别是 与氯离子有关。氯离子不但能破坏Fe、Al 等金属表面的氧化膜，而且能增加液 膜的导电性，使腐蚀速度增加。另外，氯化钠的吸湿性强，也会降低临界相对湿 度，促使锈蚀发生。所以，对于海洋大气环境中的金属很易产生严重的孔蚀。 此外，金属表面变粗，小孔和裂缝增多，也会使临界相对湿度降低。 实用文档 标准文案 大多数金属和合金存在着两个临界相对湿度。见图97 和 98。第一临界 湿度的出现， 主要是因为金属表面出现腐蚀产物，这一湿度值取决于大气中水分 含量和 SO 2的比例。第二临界湿度取决于腐蚀产物吸收和保持水分的性能。 临界相对湿度值对于评定大气腐蚀性和确定长期储存方法是十分有用的。当 大气相对湿度超过临界值时，金属就容易生锈。 对涂膜的要求： 1、对环境介质稳定、对基体牢固附着、有一定的机械强度，对外加应力有相当 适应性。 2、外表漆：具有良好的耐候性，耐水性，附着力及防腐蚀性能良好，且漆膜坚 硬，耐外力冲击性能好。 3、安全、无毒。因为海水淡化水要作为锅炉用水或者是饮用水，所以涂料一定 要安全无毒，不能引入其他杂质。