第四章 海洋环境中金属的腐蚀与防护

第四章海洋环境中金属的腐蚀与防护二金属为什么会腐蚀什么是腐蚀一种金属材料因与周围的环境发生反应而变坏的现象,表现为使金属失去原有的光泽,强度,韧性等性能。腐蚀是一种自然现象，当钢铁暴露在空气或水中一段时间就会出现红棕色的氧化铁，即锈蚀。腐蚀的影响•安全•降低船体强度,不能抵御海洋风浪的冲击,造成海难船舶设备腐蚀到一定程度,不能正常工作运转,发生事故,严重时在海上失去控制,造成惨祸.据调查，金属腐蚀造成的经济损失为该国GDP的4%左右。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。腐蚀不仅造成经济损失，也常对安全构成威胁。国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。你知道吗另外，新技术、新产品乃至新工业的产生往往也需要首先克服由腐蚀带来的问题。历史上，在找到了耐稀硫酸的铅材后，铅室法硫酸工业才得以发展起来；发明了不锈钢以后，生产和应用硝酸的工业才蓬勃兴起；实施登月计划中，也曾遇到一个严重的腐蚀问题：用钛合金制成的盛N2O4（氧化剂）的容器在试验中几小时就破裂了，经查是应力腐蚀所致。后经反复试验，在氧化剂中加入缓蚀剂控制应力腐蚀，才实现了人类登上月球的计划。你知道吗三海洋环境对金属的腐蚀船舶、钻井平台等金属结构海洋设施常年运行于海洋环境中，会受到各种腐蚀介质的侵蚀，发生不同程度的腐蚀。•海轮更容易被腐蚀，是因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水更强，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更易进行钢铁在海洋环境中的腐蚀-远远高于在陆地环境海洋气候变化大,空气中富含盐雾飞溅区不断受到海浪冲击和干湿交替海水中盐分,氧气,温度,海生物对钢铁的重腐蚀海水中的腐蚀海水是具有多种盐类的天然电解质溶液，其中还含有海生物、悬浮泥沙、溶解的气体和腐烂的有机物等。盐度:海水中正常的盐度变化在32-37‰之间溶解氧:海水中的含氧量与盐度和温度成反比温度:温度每上升10°C，钢板腐蚀速度增加1倍流速:海水的流速越大，钢板的腐蚀速度越快。海生物:当海生物局部附生时，遮盖的钢板表面难以与氧气接触，会产生氧浓差电池，引起海生物下面的钢板强烈腐蚀植物性海生物动物性海生物飞溅区(水线部位)的腐蚀飞溅区(水线部位)由于受海水的周期浸泡，经常处于干湿交替的状态。大大增加了腐蚀介质的侵蚀性，加速了钢板表面的供氧和腐蚀的速度(钢作牺牲阳极)。同时由于腐蚀产生的二价铁，在潮湿的空气中剧烈氧化变成三价铁，其还原过程又加速了钢板的腐蚀(钢作为还原剂)。海洋大气中的腐蚀空气中的水会在钢板表面形成一层水膜，使钢板产生电化学腐蚀同时空气中的盐、二氧化硫、甚至酸性物质会加剧这种腐蚀的速度。根据英国钢铁学会提供的数据，低碳钢在不同大气条件下的腐蚀速度如下：大气特点腐蚀速度g/(m2.a)低湿度10.03海洋301.1热带海洋近岸处5018.8低碳钢和低合金钢在海水中的腐蚀速度试验条件腐蚀深度（mm/a）A316Mn16MnCu全浸区0.0960.0860.090飞溅区0.3910.3910.337大气区0.057钢质船舶在海洋中的腐蚀是不可避免的，但是其腐蚀速度则是可以控制的。如果能将其腐蚀速度控制在原来的十分之一，那么它的寿命将是原来的十倍。四腐蚀的原因与类型金属腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，就船舶腐蚀而言，起因通常是电化学腐蚀。金属腐蚀的实质金属的腐蚀种类原理区别联系金属的电化学腐蚀金属原子失去电子被氧化而消耗的过程：M-ne-=Mn+。化学腐蚀电化学腐蚀金属和其它物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀直接发生氧化还原反应发生原电池反应腐蚀过程无电流产生有电流产生金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快。原电池反应电化学腐蚀不同的金属有不同的电极电位,电位较低的一方成为阳极，而受到腐蚀。例如新轧出来的钢板上的氧化皮的电位比钢铁高出0.3伏，形成了阴极,而钢铁则成为阳极，它们之间形成金属通道，当有雨水、露水或冷凝水等，就形成电解质，这就形成了腐蚀电池，钢板的腐蚀也就在所难免了。五抑制海洋腐蚀的主要方法•包覆层防护•涂层防护•阴极保护生活中常见的通过覆盖保护层防止铁生锈的方法：1、在铁的表面喷涂上防腐油漆（如桥梁、汽车、船舶）2、油和油脂可以用来保护机器中由金属制成的转动部分，如齿轮。3、用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）喷涂或包裹在金属表面。4、在铁的表面覆盖一层搪瓷，如脸盘等金属器皿。5、在铁的表面覆盖一层其他金属（如镀锡、镀锌）防护方式:•阴极保护A.牺牲阳极保护-船用牺牲阳极有两大种类：锌合金和铝合金B.外加电流保护-外加电流保护是以直流电源通过辅助阳极对船体施加保护电流，使船体成为阴极并获得极化、免受腐蚀的一种保护技术。金属的电极电位：铜铁锌铝+0.34-0.44-0.762-1.67阴极保护的原理:在船壳上安装一个低电位的阳极,使整个船变成一个阴极,从而避免腐蚀.锌/铝ee-0.44铁-0.762锌-1.67铝0+0.34铜涂层保护采用合适的船舶涂料，以正确的工艺技术，使其覆盖在船舶的各个部位，形成一层完整、致密的涂层，使船舶各部位的钢铁表面与外界腐蚀环境相隔离，以防止船舶腐蚀的措施，称为涂层保护。船舶的涂层防护涂层保护对于船舶来说是一种应用最广泛、历史最悠久、最为经济方便和最有效的防护方法。船舶涂料的作用:1.防腐作用2.防污作用3.装饰作用4.其他作用-标记、防火、防滑、隔热，吸收电磁波、太阳能等。涂料的组成1).基料-主要是有机或无机类合成树脂。2).颜填料-不能单独成膜；能改进和提高涂层性能。3).溶剂4).助剂船舶各部位涂料介绍1).车间底漆2).水下部位防锈漆3).防污漆4).水线以上部位防锈漆5).水线以上部位面漆6).甲板漆7).货仓漆8).压载舱涂料9).淡水舱涂料10).成品/化学品舱涂料根据船舶类型、被施工部位的不同，船用油漆必须满足不同的要求，每一种油漆要求显示出其综合性能。上层建筑外部防锈、美化甲板和舱口盖防锈、耐磨、耐冲击、美化水下船体防锈、耐磨、防污水线部位防锈、美化船壳部位防锈、美化起居室耐火性饮水舱防锈、饮水证书机舱耐火、耐化学品压载舱-包括艏艉尖舱防锈性货油舱（耐货油）货舱（防锈性、耐磨性耐冲击、易清洁）空舱和隔离舱（防锈性）锚链舱（防锈性、耐磨性）水线以下部位•特征:•长期浸泡在水中,易生锈,易被海生物•污染.•对油漆的要求:•漆膜在钢铁表面须有很好的湿态附着力,在长期浸泡和水流冲击下漆膜不会起泡脱落.•漆膜耐水性好,透水性及氧气透过率小•干燥性能好•防锈漆和防污漆有良好的配套性,不影响防污漆的防污性能.防污漆钢结构表面产生海洋生物污染会产生严重的后果.如,在船壳表面,附着的海洋生物如藤壶、贻贝、苔藓等增加船体的表面粗糙度,增加船体的阻力,造成油耗增加和航速降低,影响船舶运行效益。对1500艘船的统计表明：船底污损5%：燃料增耗10%；船底污损10%：燃料增耗20%；船底污损50%：燃料增耗40%；