海洋工程材料3

苗玉刚2013年11月,船舶工程学院,海洋工程材料(3),一、海洋腐蚀环境,三、影响海洋腐蚀的环境因素,二、海洋腐蚀类型,第3章 海洋环境与海洋腐蚀,3.1 海洋腐蚀环境,海水含盐量一般在3%左右，是天然的强电解质。常用的金属结构材料均受到海水或海洋大气的腐蚀。由于材料的行为随暴露条件的不同而会有很大的变化，因而通常是按具体的环境区域来讨论其腐蚀性能的。这些区域是：海洋大气区、飞溅区、潮汐区、浅海区、深海区及泥浆区。, 海洋大气区：常年不接触海水的部分。,环境特征：有风带来细小海盐颗粒。影响腐蚀性的因素是距离海面的高度、风速、风向、降露周期、雨量、温度、太阳辐射、尘埃、季节和污染。,材料的腐蚀行为：阴面可能比阳面损坏得更快。雨水能把顶面的盐冲掉。珊瑚粉尘与盐一起也可能对钢铁设备有特殊的腐蚀性，离开海岸腐蚀迅速减弱。, 海洋飞溅区：海水的飞溅能够喷洒到结构物表面，但在海水涨潮时又不能被海水所浸没的部位。,环境特征：在飞溅区，海水的冲击加剧了材料的破坏，特别是对钢铁来说，飞溅区是所有海洋环境中腐蚀最为严重的部位。海水中的气泡对金属表面的保护膜及涂层来说具有较大的破坏性，漆膜在飞溅区通常要老化得更快。潮湿供氧充分的表面，无海生物污染,材料的腐蚀行为：金属在此区的侵蚀最严重。在该区服役的钢铁材料需要良好的防护，保护涂层通常更易损坏。, 海水潮差区:指海水平均高潮线与低潮线之间的区域。,环境特征：涨潮时被水浸没，退潮时又暴露在空气中，即随潮水涨落而干湿交替，通常有足够的氧气。,材料的腐蚀行为：在整体钢桩的情况下，位于海水潮差区的钢可充当阴极，并可对处于海水潮差区以下钢的腐蚀提供一定程度的保护。在海水潮差区，单独的钢样板有较严重的腐蚀。, 海水全浸区：常年被海水浸泡的区域。,环境特征：在岸边的浅海海水通常为氧所饱和。污染、沉积物、海洋生物污、海水流速等都可能起重要作用。在深海区，氧含量变小，比表层低的多。,材料的腐蚀行为：在浅海腐蚀可能比海洋大气中更迅速。可采用保护涂层和阴极保护来控制腐蚀。在大多数浅海中，有一层硬壳及其他生物污损防止氧进入表层，从而减轻了腐蚀。保护涂层在此区域腐蚀最严重。在深海区钢的腐蚀较轻。, 海底泥土区：海水全浸区以下部分，主要由海底沉淀物构成。,环境特征：海底泥土区环境状况是很复杂的。存在硫酸盐还原菌等细菌。海底沉积物的来源、特征和形状不同。,材料的腐蚀行为：海底沉积物通常是腐蚀性。有可能形成沉积物间隙腐蚀电池。部分埋设的钢样板有加速腐蚀趋势。硫化物和细菌可能是影响因素。,1）全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也可以是不均匀的。例：碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。这类腐蚀造成的损失，相对来说没有局部腐蚀严重。2）局部腐蚀：腐蚀作用仅局限在金属表面的某一区域，而表面的其他部分则几乎未被破坏。海洋环境下的局部腐蚀又分为：小孔腐蚀（点蚀、坑蚀）、缝隙腐蚀、湍流腐蚀、空泡腐蚀及电偶腐蚀等。,按金属腐蚀的破坏形式分：,3.2 海洋腐蚀类型,(1)均匀腐蚀 (2)不均匀腐蚀 (3)点蚀(4)小孔腐蚀 (5)晶间腐蚀 (6)缝隙腐蚀,3.2 海洋腐蚀类型,3.2 海洋腐蚀类型,a)小孔腐蚀（pitting corrosion，又称点蚀、坑蚀）：一种腐蚀集中于金属表面很小的范围内并深入到金属内部的腐蚀形态。点腐蚀发生于易钝化的金属，如不锈钢、钛、铝合金等。b)缝隙腐蚀（crevice corrosion）：当金属表面上存在异物或结构上存在缝隙时，由于缝内溶液中有关物质迁移困难所引起缝隙内金属腐蚀的现象。 例如，金属铆接板、螺栓连接的结合部等情况下金属与金属形成的缝隙，金属同非金属（包括塑料、橡胶、玻璃等）接触形成的缝隙，以及砂粒、灰尘、脏物及附着生物等沉积在金属表面上形成的缝隙等等。含氯溶液最易引起缝隙腐蚀。,c)湍流腐蚀：在设备和部件的某些部位，介质流速急剧增大形成湍流，由湍流导致的腐蚀称为湍流腐蚀。d)空泡腐蚀：水泡的水锤作用去除保护膜。如螺旋桨叶片、内燃机活塞套等腐蚀。e)电偶腐蚀：异种金属相互接触，在电解质介质中发生的电化学腐蚀。例：普通碳钢与铜接触，共处于海水中的腐蚀。,3.2 海洋腐蚀类型,f)腐蚀疲劳:金属在交变循环应力和腐蚀介质共同作用下发生的破坏。特点：最易发生在能产生孔蚀的环境中，蚀孔引起应力集中；对环境没有选择性，氧含量、温度、pH值、溶液成分均可影响腐蚀疲劳实例：海水中高铬钢的疲劳强度只有正常性能的30%-40%。,3.2 海洋腐蚀类型,海水的组成：海水是由多种盐类物质，主要是氯化镁和氯化钠组成的。,3.3 影响海洋腐蚀的环境因素,盐量(盐度),水中含盐量直接影响水的电导率和含氧量，必然对腐蚀产生影响，随着水中含盐量增加，水的电导率增大而含氧量降低，所以某一含盐量时将存在一个腐蚀速度的最大值。,海水中盐类主要组成和各种离子含量,海水盐度和纬度之间的关系,纬度较高的海水盐度较低，随海水深度增加盐度略有增加,海水盐度与纬度、温度之间的关系,纬度较高的海水盐度较低，随海水深度增加盐度略有增加,电导率,海水电导率主要取决于海水的盐度和海水的温度。增大海水盐度和升高海水温度都能使海水电导率增大。一般海水盐度变化不大，所以海水电导率主要受温度影响。随海水电导率增大，海水中金属的微观电池腐蚀和宏观电池腐蚀都将加速。,PH值,一般来说，海水PH值升高，有利于抑制海水对钢铁的腐蚀。但海水PH的变化幅度不大，不会对钢铁的腐蚀行为产生明显的影响。海水PH值远没有含氧量对腐蚀的影响大。,溶解物质（氧、二氧化碳、碳酸盐）,绝大多数金属在海水中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀，所以海水中溶解氧的含量是影响海水腐蚀的重要因素。,溶解物质（氧、二氧化碳、碳酸盐）,在海水中含有大量的CO2，其溶解度随温度、盐度的升高而降低。CO2主要形成碳酸根和碳酸氢根离子，碳酸盐对金属腐蚀过程有重要影响，导致金属表面钙沉积层的形成,温度,温度对腐蚀的影响比较复杂。从动力学方面考虑，温度升高，会加速阴极和阳极过程的反应速率，但海水温度变化会使其他环境因素随之变化。温度升高，氧的扩散速度加快，海水电导率增大，将促进腐蚀过程进行。但，温度升高，氧的溶解度降低，促进保护性钙质水垢声称，会减缓钢在海水中的腐蚀。,流速和波浪,海水腐蚀是靠氧去极化反应进行的，主要受氧到达阴极表面的扩散所控制，海水流速和波浪改变了供氧条件，必然对腐蚀产生重要影响。随流速增加，氧扩散加速，腐蚀速度增大。流速较低时，主要是电化学腐蚀。当流速非常快时，对金属表面的机械冲击很强烈时，发生空泡腐蚀，常发生在水轮机叶片、舰船螺旋桨推进器高速转动时。,海生物,常见的几种附着海洋微生物,A 海洋细菌,B 海洋细菌,C 硅藻,D 钟形虫,海洋生命活动会