海洋工程材料腐蚀监测及防护技术

1、海洋工程材料腐蚀监测及防护技术摘要：近年来我国航运事业飞速发展，海洋工程材料的腐 蚀现象也明显增加。文章简要介绍了材料腐蚀监测技术和腐 蚀监测的基本要求，经常使用的腐蚀监测方法为挂片法、线 性极化法、电化学方法等。综述了控制腐蚀的基本方法，如 果这些方法能够在不同情况下组合使用将会对防腐工作起 到更大的作用。关键词：腐蚀；监测；防护abstract： in recent years, shipping industry of our country develop rapidly. the phenomenon of ocean engineering mat erial corrosion

2、increase signif ica ritly. this paper briefly introduces the material corrosion monitoring technology and the basic requirements of corrosion monitoring many methods are used in monitoring corrosion , such as coupon method, lin ear polariza tion ,elec trocheinical met hod and so on.reviewed the basi

3、c method of corrosion control it will play a bigger role for anticorrosion if these methods can be combined in different caseskeywords： corrosion； monitoring； protection 0引言随着我国航运和海洋工程事业的迅速发展，船舶、海洋 平台及港口设施等海洋工程结构使用了大量的金属材料，而 且投入量逐年增加。这些海洋结构材料的大量使用和海洋构 筑物的建设，要求人们对钢铁等海洋结构材料在海洋环境下 的腐蚀行为有正确的认识。金属材料在海洋中的

4、腐蚀相当严 重。目前全世界每年因腐蚀造成的经济损失高达数万亿美 元。1-5研究腐蚀的目的是为了防腐，本文综述了海洋工 程材料监测技术和腐蚀监测的基本要求，介绍了腐蚀防护的 基本方法。1腐蚀监测技术1. 1腐蚀监测技术简介腐蚀监测技术，就是对设备的腐蚀速度和某些与腐蚀速 度密切相关的参数进行连续或断续测量，同时根据这测量对 生产过程的有关条件进行控制的一种技术。可以了解腐蚀控 制的效果，迅速、准确的判断设备的腐蚀情况和存在隐患， 以便研究制定出恰当的防腐措施。6腐蚀监测是腐蚀防护的基础工作，对材料的防腐起到非 常重要的作用，但长期以来发展比较慢。从20世纪80年代 起，国际上对腐蚀监测有了更清楚

5、的认识，逐步发展起来了 可用于工业生产的监测技术。它是由实验室腐蚀试验方法和 设备的无损检测技术发展而来的，从时间上可分为传统监测 技术和现代监测技术。传统的腐蚀监测方法从原理上可分 为物理测试（失重挂片法、电阻法、氢监测）、电化学测试（线性极化电阻法）、化学分析（分析铁离子、氯离子、硫 化氢、二氧化碳、ph值、细菌等）。现代监测技术如：超声 波法、声发射法、电位法、电阻法、电偶法、热象法、射线 技术及各种探针技术7。近年来又出现了许多新的监测技 术，如交流阻抗技术、恒电量技术、电化学噪声技术，并在 这些技术基础上相应的研制了各类的腐蚀监测仪器。8-131.2腐蚀监测方法的要求由于腐蚀监测的目

6、的是实现腐蚀检测，并进而实现对腐 蚀的控制，所以腐蚀监测的方法应满足一下几项要求。（1）使用可靠，可以长期进行测量，有适当的精度和 测量重现性，以便确切的判定腐蚀速率。（2）应当是无损检测，测量不需要停车。这对于高温、 高压和具有放射性等工艺特别重要。（3）具有足够高的灵敏度和反应速率，测量过程要尽 可能短，以满足自动报警和自动控制的要求。（4）操作维护简单1.3腐蚀监测方法的选择选择腐蚀监测方法时，首先要明确需要获得的信息，其 中包括设备管理方面需要的信息。根据这些要求，可以按下 述几种情况来进行选择。表1为几种常见检测方法的比较。（1）如果是对一种新的腐蚀情况进行判断，在腐蚀过 程的本质和

7、控制因素未知或不完全清楚的情况下，可以通过 实验室模拟实验来确定某项最重要的影响因素，以确定选择 某一种监测技术，解释由设备监测获得的结果。(2) 如果是监测已知系统的腐蚀行为，对于腐蚀过程 的本质和控制因素已经通过相似装置成功监测明确。基于成 功经验，可直接移植使用。2腐蚀控制技术研究腐蚀的目的是为了防腐。实践证明，如果充分利用 现有的防腐技术，广泛开展防腐教育，并采用严格的防腐设 计与科学的管理，因腐蚀造成的经济损失中有20%-40%是可 以避免的。14大的方向来说，腐蚀控制技术应从五个方 面入手：(1) 材料本身方面，合理选材，提高金属纯度，添加 合金元素或进行热处理。(2) 改变环境介

8、质的腐蚀性，如从系统腐蚀介质中除 去h、溶解02等去极化剂;(3) 采用防腐层，如涂料、塑料、橡胶等有机材料覆 盖层或玻璃、陶瓷等无机材料，隔绝金属与腐蚀介质的接触;(4) 电化学保护，包括阴极保护和阳极保护；(5) 工艺控制，包括除砂除杂、调节温度、压力、流 速、流动状态、金属结构尺寸、增大腐蚀余量等措施。2. 1合理选材(1)钢铁材料常用的钢铁材料根据组成可分为三种：铸铁、碳钢和不 锈钢。普通铸铁在碱性环境中具有相当好的耐腐蚀性能，在 工程上得到广泛的应用，尤其是各类海水泵、阀门等部件。 在铸铁中加入不同的合金元素，可生产出各类耐腐蚀合金铸 铁，主要有低合金铸铁、高镰铸铁、高裕铸铁、高硅铸

9、铁等。 碳钢和普通低合金钢在海洋工程用金属材料中占80%以上， 价格低廉、使用方便、加工性能好、使用经验丰富、可靠性 高。不锈钢的耐腐蚀性在海洋大气、飞溅带、潮差带较好， 在海水全浸区不锈钢的主要腐蚀特征是局部腐蚀。目前不锈 钢主要应用于在海水淡化工程中的容器、管道、海水泵；海 水养殖工业中的网箱、海水潜水泵等，不锈钢配件如阀门、 螺栓、网等在海洋工程中也广泛使用。(2)铜与铜合金铜与铜合金具有良好的力学性能、可成型性、导热性， 同时在海洋环境中具有优良的耐腐蚀性。在海洋环境中，铜 和铜合金常见的腐蚀类型有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和成 分选择性腐蚀等，此外还有应力腐蚀和疲劳腐蚀发生。白铜 是耐

10、腐蚀性能最好的一类铜合金，广泛应用于海水冷凝管、 换热器和仪器仪表部件；铝青铜和猛青铜适宜于作螺旋桨； 锡青铜适用于制作泵体、阀门、叶轮等。其应用领域主要集 中在舰船工业、滨海电厂。(3) 铝与铝合金铝合金有较高的强度/质量比，良好的塑性和海洋大气 腐蚀性能。许多铝合金在海水中也有较好的腐蚀性，近年来 在海洋环境中的应用不断增加。经改性后的铝合金，目前在 海水淡化冷凝管、海洋化工和船舶中用着海水换热器材料。(4) 钛与钛合金钛与钛合金目前是所知材料中抗常温海水腐蚀性能最 好的材料，即使在污染海水、热海水、流动海水、海泥中均 具有良好的耐腐蚀性。在海洋工程中得到广泛应用，主要有 海水淡化装置中的

11、冷凝管、输运管道、海水换热器、海水蒸 发器、海水恒温器、海水泵、耐海水船舶用管件工具。在海洋工程中应用的其它金属材料还有很多，如锌，在海水环境中多用作牺牲阳极或者表面喷涂做防腐涂料使用;鎳合金可应用于电热偶、涡轮发动机涡轮盘、燃烧室和涡轮 叶片等；铅，可用于海底通信电缆保护套。15-202.2改变环境介质改变起腐蚀作用的介质的性质，以防止或减轻介质对金 属制品或设备的腐蚀。这种方法只能在有腐蚀性的介质的体 积有限的条件下使用。环境处理可分为两类：除去或减少介质中的有害组分常见的方法有：去湿、 防尘，以消除空气中所含的水蒸气、二氧化硫、尘土等有害 组分；除氧，是锅炉用水处理的主要技术，可有效地控

12、制 锅炉系统的水腐蚀；脱盐，炼制前将原油中所含的各种盐 类（如氯化镁）降到合理水平，以减轻对炼油设备的腐蚀， 这是原油处理的重要工序。调节水系统ph,在船用锅炉水 处理过程中经常使用。添加缓蚀剂，在腐蚀介质中加入少量能显著降低腐蚀速 度的物质21。缓蚀剂分为无机和有机两类。无机缓蚀剂有 硝酸盐、亚硝酸盐、裕酸盐、重辂酸盐等氧化性缓蚀剂；有 磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等非氧化性缓蚀剂。有机缓蚀剂有 胺类、醛类、杂环化合物、咪哇咻类和有机硫化物类等。这 些缓蚀剂虽然化学结构不同，但在酸性介质中的缓蚀率都相 当大。缓蚀剂的使用效果同腐蚀介质的各种参数和条件有密 切的关系，使用时应严格选择。土耳其cuku

13、rova大学的学 者研究了罗丹宁乙酸的缓蚀作用22,在不同的盐酸浓度下 做耐腐蚀实验，结果发现，罗丹宁乙酸对低碳钢在0. im hc1 中的腐蚀有良好的抑制作用。一些缓蚀剂有毒，不能用于与 制备食品的有关的介质中。此外，气相缓蚀剂（如防锈纸等） 也广泛用来防止大气对金属制品的腐蚀。2. 3表面防护金属材料及其制品表面经处理后形成防护层，可以使金 属表面与外界介质隔开，阻止两者发生作用，同时还能取得 装饰性外观。表面防护是防止或减轻基体金属腐蚀应用最普 遍的方法。表面防护层常见的有两类：金属镀层和非金属涂层。23-25在金属表面镀层有下列方法：扩散渗镀，又称表面合金化处理。用热扩散的方法， 使耐

14、腐蚀的金属或合金渗入基体金属表面，与基体金属形成 固溶体或金属间化合物，这层耐蚀的表面称为渗镀层。渗镀 时把待镀件埋置在由惰性填料、渗镀金属元素和卤化物活化 剂组成的包渗箱中，在氢气或惰性气氛中，于规定温度条件 下保持一定的时间，使渗入的金属与基体金属互相扩散，直 到基体金属表面形成合金覆盖层。具有耐蚀性能的渗入元素 通常为锌、铝、辂、硅等，选择哪一种取决于基体材料和耐 蚀要求。如钢渗铝可形成表面含铝2530%的铁铝合金层， 有很好的抗氧化和抗硫化性能。喷镀，借助于压缩空气或惰性气体流用喷枪把熔融金 属喷射到金属制品表面，形成防护性覆盖层。这种方法常用 于喷镀高熔点金属或难熔材料，或喷镀大面积

15、工件以及用于 修复工件等。喷镀的缺点是覆盖层与基体金属结合较差，覆 盖层疏松。常用的喷镀方法有火焰喷镀法、等离子喷镀法等。电镀，利用直流电从电镀液中电解析出金属，并在作 为阴极的工件表面沉积结晶，形成电镀层。电镀技术应用广 泛，主要用于耐蚀、耐磨和装饰的器件。此外，还有热浸镀层、金属包覆、真空镀膜、气相沉积 和阴极溅射等表面防护技术。近来离子注入和激光非晶态表 面处理等新技术也在迅速发展。非金属涂层方面处理方法主要有： 有机涂层有涂料（包括油漆）、塑料、橡胶等。无机 涂层有搪瓷、玻璃等。 化学转化膜也是非金属涂层的一种，方法是把工件放 入特定的化学溶液中通过电解或浸渍处理，使工件的金属表 面产

16、生一种镀膜。化学转化膜的主要类型有磷酸盐膜、鎔酸 盐膜、氧化物膜和阳极氧化膜。 暂时性防护剂是在金属制品运输和贮存时使用的。覆 盖层要能防锈而且能在使用前容易除去。常用的有油膜、可 剥性塑料薄膜和挥发性缓蚀剂等。2.4电化学防护根据电化学原理来控制金属在电解质溶液中的腐蚀称 为电化学保护，包括阴极保护和阳极保护。阴极保护有牺牲阳极和外加电流两种方法。牺牲阳极 法是在被保护的金属设备上联接一种电极电位比它更负的 金属或合金，以防止或减轻腐蚀。此法的优点是设备简单， 安装方便，不需要外加电源，不会造成杂散电流的干扰，保 护效果良好，应用广泛。对牺牲阳极材料的要求是：它的电 极电位必须足够负，阳极极

17、化率小；每单位消耗量所发生的 电量要很大；自腐蚀很小，电流效率很高；材料来源充足， 价格便宜，加工容易，安装方便而不污染环境。目前国内外 常用的牺牲阳极材料有三类：镁及其合金，锌及其合金，铝 及其合金。外加电流阴极保护法是利用外加阴极电流，使 被保护金属阴极极化，阻止腐蚀微电池工作，达到保护的目 的。外加电流阴极保护系统包括可控直流电源、辅助阳极和 参比电极三个组成部分。由于电子工业的迅速发展，外加电 流阴极保护技术获得很大的进展，并且在许多领域取代了牺 牲阳极法。在保护船舰和地下管道的腐蚀方面，外加电流阴 极保护法已占绝对优势。特别是利用恒电位仪自动调整和控 制输出电位，使被保护的设备经常处

18、于最佳保护电位，效果 更为显著。 阳极保护是将被保护的金属设备联接到直 流电源的正极上，通过电流进行阳极极化，电极电位向正方 向移动，增大到一定数值后，金属便发生钝化，从而大大降 低腐蚀速度。阳极保护只能用于具有活化钝化性能的金属。 这种新技术已应用于接触硫酸、磷酸、有机酸、液体肥料等 介质的生产设备。3结论(1) 挂片法测量的是整个试验周期内的平均腐蚀速度, 但由于测量周期长且不能发现腐蚀的突然变化所以只能定 性地判断，不能看出腐蚀的程度。要测量介质瞬时腐蚀速率, 还要用线性极化法。(2) 电化学方法在测量局部腐蚀、点蚀时应用最广， 而且通过仪器可以准确的测出数据。(3) 腐蚀监测技术未来的

19、发展方向为以计算机技术为 核心的智能化腐蚀检测仪。(4) 在海洋工程材料防护方法的选择上应该考虑多方 面因素如海水温度，压力，ph值等等，可以同时采用几种防 护方法以达到最佳效果，具体需要采用何种防护方法需要具 体问题具体分析，这方面还需要进一步探讨与研究。参考文献：1 朱相荣，黄桂桥，林乐耘等金属材料长周期海水腐 蚀规律研究j.中国腐蚀与防护学报,2005,25(3)： 142-148.2 范舟，刘建仪，李士伦等.x70管线钢焊接接头组织 及其海水腐蚀规律j.西南石油大学学报，2009, 31 (5)： 171-174.3 梁成浩，温殿江海水中碳钢及低合金钢的焊接接头 腐蚀行为的研究j.腐蚀

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