海洋工程材料3

1、哈爾濱工程大學船舶工程學院哈爾濱工程大學船舶工程學院 Harbin Engineering University Shipbuilding Engineering College 苗玉剛苗玉剛2013年年11月月船舶工程學院船舶工程學院一、海洋腐蝕環(huán)境三、影響海洋腐蝕的環(huán)境因素二、海洋腐蝕類型第第3章章 海洋環(huán)境與海洋腐蝕海洋環(huán)境與海洋腐蝕3.1 海洋腐蝕環(huán)境海洋腐蝕環(huán)境海水含鹽量一般在海水含鹽量一般在3%3%左右，左右，是天然的是天然的強電解質(zhì)強電解質(zhì)。常用。常用的金屬結(jié)構(gòu)材料均受到海的金屬結(jié)構(gòu)材料均受到海水或海洋大氣的腐蝕。由水或海洋大氣的腐蝕。由于材料的行為隨暴露條件于材料的行為隨暴露條

2、件的不同而會有很大的變化，的不同而會有很大的變化，因而通常是按具體的環(huán)境因而通常是按具體的環(huán)境區(qū)域來討論其腐蝕性能的。區(qū)域來討論其腐蝕性能的。這些區(qū)域是：這些區(qū)域是：海洋大氣區(qū)、海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮汐區(qū)、淺海區(qū)、飛濺區(qū)、潮汐區(qū)、淺海區(qū)、深海區(qū)及泥漿區(qū)。深海區(qū)及泥漿區(qū)。 海洋大氣區(qū)：海洋大氣區(qū)：常年不接觸海水的部分。常年不接觸海水的部分。環(huán)境特征：環(huán)境特征：有風帶來細小海鹽顆粒。影響腐蝕性的因有風帶來細小海鹽顆粒。影響腐蝕性的因素是距離海面的素是距離海面的高度、風速、風向、降露周期、雨量、高度、風速、風向、降露周期、雨量、溫度、太陽輻射、塵埃、季節(jié)和污染溫度、太陽輻射、塵埃、季節(jié)和污染。材料的

3、腐蝕行為：材料的腐蝕行為：陰面可能比陽面損壞得更快。雨水陰面可能比陽面損壞得更快。雨水能把頂面的鹽沖掉。珊瑚粉塵與鹽一起也可能對鋼鐵設(shè)能把頂面的鹽沖掉。珊瑚粉塵與鹽一起也可能對鋼鐵設(shè)備有特殊的腐蝕性，離開海岸腐蝕迅速減弱。備有特殊的腐蝕性，離開海岸腐蝕迅速減弱。 海洋飛濺區(qū)：海洋飛濺區(qū)：海水的飛濺能夠噴灑到結(jié)構(gòu)物表面，海水的飛濺能夠噴灑到結(jié)構(gòu)物表面，但在海水漲潮時又不能被海水所浸沒的部位。但在海水漲潮時又不能被海水所浸沒的部位。環(huán)境特征：環(huán)境特征：在飛濺區(qū)，海水的沖擊加劇了材料的破壞，在飛濺區(qū)，海水的沖擊加劇了材料的破壞，特別是對鋼鐵來說，飛濺區(qū)是所有海洋環(huán)境中腐蝕最特別是對鋼鐵來說，飛濺區(qū)是

4、所有海洋環(huán)境中腐蝕最為嚴重的部位。海水中的氣泡對金屬表面的保護膜及為嚴重的部位。海水中的氣泡對金屬表面的保護膜及涂層來說具有較大的破壞性，漆膜在飛濺區(qū)通常要老涂層來說具有較大的破壞性，漆膜在飛濺區(qū)通常要老化得更快?；酶?。潮濕供氧充分的表面，無海生物污染潮濕供氧充分的表面，無海生物污染材料的腐蝕行為：材料的腐蝕行為：金屬在此區(qū)的侵蝕最嚴重。在該金屬在此區(qū)的侵蝕最嚴重。在該區(qū)服役的鋼鐵材料需要良好的防護，保護涂層通常更區(qū)服役的鋼鐵材料需要良好的防護，保護涂層通常更易損壞。易損壞。 海水潮差區(qū)海水潮差區(qū): :指海水平均高潮線與低潮線之間的指海水平均高潮線與低潮線之間的區(qū)域。區(qū)域。環(huán)境特征：環(huán)境特

5、征：漲潮時被水浸沒，退潮時又暴露在空氣漲潮時被水浸沒，退潮時又暴露在空氣中，即隨潮水漲落而中，即隨潮水漲落而干濕交替干濕交替，通常有，通常有足夠的氧氣足夠的氧氣。材料的腐蝕行為：材料的腐蝕行為：在整體鋼樁的情況下，位于海水在整體鋼樁的情況下，位于海水潮差區(qū)的鋼可充當陰極，并可對處于海水潮差區(qū)以潮差區(qū)的鋼可充當陰極，并可對處于海水潮差區(qū)以下鋼的腐蝕提供一定程度的保護。在海水潮差區(qū)，下鋼的腐蝕提供一定程度的保護。在海水潮差區(qū)，單獨的鋼樣板有較嚴重的腐蝕。單獨的鋼樣板有較嚴重的腐蝕。 海水全浸區(qū)：海水全浸區(qū)：常年被海水浸泡的區(qū)域。常年被海水浸泡的區(qū)域。環(huán)境特征：環(huán)境特征：在岸邊的淺海海水通常為氧所飽

6、和。污在岸邊的淺海海水通常為氧所飽和。污染、沉積物、海洋生物污、海水流速等都可能起重要染、沉積物、海洋生物污、海水流速等都可能起重要作用。在深海區(qū)，氧含量變小，比表層低的多。作用。在深海區(qū)，氧含量變小，比表層低的多。材料的腐蝕行為：材料的腐蝕行為：在淺海腐蝕可能比海洋大氣中更在淺海腐蝕可能比海洋大氣中更迅速。可采用保護涂層和陰極保護來控制腐蝕。在大迅速。可采用保護涂層和陰極保護來控制腐蝕。在大多數(shù)淺海中，有一層硬殼及其他生物污損防止氧進入多數(shù)淺海中，有一層硬殼及其他生物污損防止氧進入表層，從而減輕了腐蝕。保護涂層在此區(qū)域腐蝕最嚴表層，從而減輕了腐蝕。保護涂層在此區(qū)域腐蝕最嚴重。在深海區(qū)鋼的腐蝕

7、較輕。重。在深海區(qū)鋼的腐蝕較輕。 海底泥土區(qū)：海底泥土區(qū)：海水全浸區(qū)以下部分，主要由海底海水全浸區(qū)以下部分，主要由海底沉淀物構(gòu)成。沉淀物構(gòu)成。環(huán)境特征：環(huán)境特征：海底泥土區(qū)環(huán)境狀況是很復雜的。存海底泥土區(qū)環(huán)境狀況是很復雜的。存在硫酸鹽還原菌等細菌。海底沉積物的來源、特征在硫酸鹽還原菌等細菌。海底沉積物的來源、特征和形狀不同。和形狀不同。材料的腐蝕行為：材料的腐蝕行為：海底沉積物通常是腐蝕性。有可海底沉積物通常是腐蝕性。有可能形成沉積物間隙腐蝕電池。部分埋設(shè)的鋼樣板有能形成沉積物間隙腐蝕電池。部分埋設(shè)的鋼樣板有加速腐蝕趨勢。硫化物和細菌可能是影響因素。加速腐蝕趨勢。硫化物和細菌可能是影響因素。1

8、）全面腐蝕全面腐蝕：腐蝕分布在整個金屬：腐蝕分布在整個金屬表面上，可以是均勻的，也可以是不表面上，可以是均勻的，也可以是不均勻的。例：碳鋼在強酸、強堿中發(fā)均勻的。例：碳鋼在強酸、強堿中發(fā)生的腐蝕。這類腐蝕造成的損失，相生的腐蝕。這類腐蝕造成的損失，相對來說沒有局部腐蝕嚴重。對來說沒有局部腐蝕嚴重。2）局部腐蝕：局部腐蝕：腐蝕作用僅局限在金腐蝕作用僅局限在金屬表面的某一區(qū)域，而表面的其他部屬表面的某一區(qū)域，而表面的其他部分則幾乎未被破壞。海洋環(huán)境下的局分則幾乎未被破壞。海洋環(huán)境下的局部腐蝕又分為：小孔腐蝕（點蝕、坑部腐蝕又分為：小孔腐蝕（點蝕、坑蝕）、縫隙腐蝕、湍流腐蝕、空泡腐蝕）、縫隙腐蝕、湍

9、流腐蝕、空泡腐蝕及電偶腐蝕等。蝕及電偶腐蝕等。按金屬腐蝕的破壞形式分：3.2 海洋腐蝕類型海洋腐蝕類型(1)均勻腐蝕均勻腐蝕 (2)不均勻腐蝕不均勻腐蝕 (3)點蝕點蝕(4)小孔腐蝕小孔腐蝕 (5)晶間腐蝕晶間腐蝕 (6)縫隙腐蝕縫隙腐蝕3.2 海洋腐蝕類型海洋腐蝕類型3.2 海洋腐蝕類型海洋腐蝕類型a)a)小孔腐蝕（小孔腐蝕（pitting corrosionpitting corrosion，又稱點蝕、坑蝕），又稱點蝕、坑蝕）：一種：一種腐蝕集中于金屬表面很小的范圍內(nèi)并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形腐蝕集中于金屬表面很小的范圍內(nèi)并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài)。點腐蝕發(fā)生于易鈍化的金屬，如不銹鋼、鈦、鋁

10、合金等。態(tài)。點腐蝕發(fā)生于易鈍化的金屬，如不銹鋼、鈦、鋁合金等。b)b)縫隙腐蝕（縫隙腐蝕（crevice corrosioncrevice corrosion）：當金屬表面上存在異物：當金屬表面上存在異物或結(jié)構(gòu)上存在縫隙時，由于縫內(nèi)溶液中有關(guān)物質(zhì)遷移困難所引或結(jié)構(gòu)上存在縫隙時，由于縫內(nèi)溶液中有關(guān)物質(zhì)遷移困難所引起縫隙內(nèi)金屬腐蝕的現(xiàn)象。起縫隙內(nèi)金屬腐蝕的現(xiàn)象。 例如，金屬鉚接板、螺栓連接的結(jié)合部等情況下金屬與金例如，金屬鉚接板、螺栓連接的結(jié)合部等情況下金屬與金屬形成的縫隙，金屬同非金屬（包括塑料、橡膠、玻璃等）接屬形成的縫隙，金屬同非金屬（包括塑料、橡膠、玻璃等）接觸形成的縫隙，以及砂粒、灰塵、

11、臟物及附著生物等沉積在金觸形成的縫隙，以及砂粒、灰塵、臟物及附著生物等沉積在金屬表面上形成的縫隙等等。含氯溶液最易引起縫隙腐蝕。屬表面上形成的縫隙等等。含氯溶液最易引起縫隙腐蝕。c)c)湍流腐蝕：湍流腐蝕：在設(shè)備和部件的某些部位，介質(zhì)流速急劇增在設(shè)備和部件的某些部位，介質(zhì)流速急劇增大形成湍流，由湍流導致的腐蝕稱為湍流腐蝕。大形成湍流，由湍流導致的腐蝕稱為湍流腐蝕。d)d)空泡腐蝕空泡腐蝕：水泡的水錘作用去除保護膜。如螺旋槳葉片、：水泡的水錘作用去除保護膜。如螺旋槳葉片、內(nèi)燃機活塞套等腐蝕。內(nèi)燃機活塞套等腐蝕。e)e)電偶腐蝕：電偶腐蝕：異種金屬相互接觸，在電解質(zhì)介質(zhì)中發(fā)生的異種金屬相互接觸，在

12、電解質(zhì)介質(zhì)中發(fā)生的電化學腐蝕。例：普通碳鋼與銅接觸，共處于海水中的腐電化學腐蝕。例：普通碳鋼與銅接觸，共處于海水中的腐蝕。蝕。3.2 海洋腐蝕類型海洋腐蝕類型f)f)腐蝕疲勞腐蝕疲勞: :金屬在交變循環(huán)應力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)金屬在交變循環(huán)應力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的破壞。生的破壞。特點：最易發(fā)生在能產(chǎn)生孔蝕的環(huán)境中，蝕孔引起應力集中；特點：最易發(fā)生在能產(chǎn)生孔蝕的環(huán)境中，蝕孔引起應力集中；對環(huán)境沒有選擇性，氧含量、溫度、對環(huán)境沒有選擇性，氧含量、溫度、pHpH值、溶液成分均可影值、溶液成分均可影響腐蝕疲勞響腐蝕疲勞實例：海水中高鉻鋼的疲勞強度只有正常性能的實例：海水中高鉻鋼的疲勞強度只有正

13、常性能的30%-40%30%-40%。3.2 海洋腐蝕類型海洋腐蝕類型海水的組成：海水的組成：海水是由多種鹽類物質(zhì)，主要是氯化鎂和氯化鈉組成的。海水是由多種鹽類物質(zhì)，主要是氯化鎂和氯化鈉組成的。3.3 影響海洋腐蝕的環(huán)境因素影響海洋腐蝕的環(huán)境因素l 鹽量鹽量(鹽度鹽度)水中含鹽量直接影響水的電導率和含氧量，必然對腐蝕產(chǎn)水中含鹽量直接影響水的電導率和含氧量，必然對腐蝕產(chǎn)生影響，隨著水中含鹽量增加，水的電導率增大而含氧量生影響，隨著水中含鹽量增加，水的電導率增大而含氧量降低，所以某一含鹽量時將存在一個腐蝕速度的最大值。降低，所以某一含鹽量時將存在一個腐蝕速度的最大值。海水中鹽類主要組成和各種離子含

14、量海水中鹽類主要組成和各種離子含量海水鹽度和緯度之間的關(guān)系海水鹽度和緯度之間的關(guān)系緯度較高的緯度較高的海水鹽度較海水鹽度較低，隨海水低，隨海水深度增加鹽深度增加鹽度略有增加度略有增加海水鹽度與緯度、溫度之間的關(guān)系海水鹽度與緯度、溫度之間的關(guān)系緯度較高的緯度較高的海水鹽度較海水鹽度較低，隨海水低，隨海水深度增加鹽深度增加鹽度略有增加度略有增加l 電導率電導率海水電導率主要取決于海水的鹽度和海水的溫度。增大海海水電導率主要取決于海水的鹽度和海水的溫度。增大海水鹽度和升高海水溫度都能使海水電導率增大。一般海水水鹽度和升高海水溫度都能使海水電導率增大。一般海水鹽度變化不大，所以海水電導率主要受溫度影響

15、。隨海水鹽度變化不大，所以海水電導率主要受溫度影響。隨海水電導率增大，海水中金屬的微觀電池腐蝕和宏觀電池腐蝕電導率增大，海水中金屬的微觀電池腐蝕和宏觀電池腐蝕都將加速。都將加速。l PH值值一般來說，海水一般來說，海水PHPH值升高，有利于抑制海水對鋼鐵的腐蝕。值升高，有利于抑制海水對鋼鐵的腐蝕。但海水但海水PHPH的變化幅度不大，不會對鋼鐵的腐蝕行為產(chǎn)生明顯的變化幅度不大，不會對鋼鐵的腐蝕行為產(chǎn)生明顯的影響。海水的影響。海水PHPH值遠沒有含氧量對腐蝕的影響大。值遠沒有含氧量對腐蝕的影響大。l 溶解物質(zhì)（氧、二氧化碳、碳酸鹽）溶解物質(zhì)（氧、二氧化碳、碳酸鹽）絕大多數(shù)金屬在海水中的腐蝕都屬于氧

16、去極化腐蝕，所以絕大多數(shù)金屬在海水中的腐蝕都屬于氧去極化腐蝕，所以海水中溶解氧的含量是影響海水腐蝕的重要因素。海水中溶解氧的含量是影響海水腐蝕的重要因素。l 溶解物質(zhì)（氧、二氧化碳、碳酸鹽）溶解物質(zhì)（氧、二氧化碳、碳酸鹽）在海水中含有大量的在海水中含有大量的CO2，其溶解度隨溫度、鹽度的升高，其溶解度隨溫度、鹽度的升高而降低。而降低。CO2主要形成碳酸根和碳酸氫根離子，碳酸鹽對主要形成碳酸根和碳酸氫根離子，碳酸鹽對金屬腐蝕過程有重要影響，導致金屬表面鈣沉積層的形成金屬腐蝕過程有重要影響，導致金屬表面鈣沉積層的形成l 溫度溫度溫度對腐蝕的影響比較復雜。從動力學方面考慮，溫度升溫度對腐蝕的影響比較

17、復雜。從動力學方面考慮，溫度升高，會加速陰極和陽極過程的反應速率，但海水溫度變化高，會加速陰極和陽極過程的反應速率，但海水溫度變化會使其他環(huán)境因素隨之變化。溫度升高，氧的擴散速度加會使其他環(huán)境因素隨之變化。溫度升高，氧的擴散速度加快，海水電導率增大，將促進腐蝕過程進行。但，溫度升快，海水電導率增大，將促進腐蝕過程進行。但，溫度升高，氧的溶解度降低，促進保護性鈣質(zhì)水垢聲稱，會減緩高，氧的溶解度降低，促進保護性鈣質(zhì)水垢聲稱，會減緩鋼在海水中的腐蝕。鋼在海水中的腐蝕。l 流速和波浪流速和波浪海水腐蝕是靠氧去極化反應進行的，主要受氧到達陰極表海水腐蝕是靠氧去極化反應進行的，主要受氧到達陰極表面的擴散所

18、控制，海水流速和波浪改變了供氧條件，必然面的擴散所控制，海水流速和波浪改變了供氧條件，必然對腐蝕產(chǎn)生重要影響。隨流速增加，氧擴散加速，腐蝕速對腐蝕產(chǎn)生重要影響。隨流速增加，氧擴散加速，腐蝕速度增大。流速較低時，主要是電化學腐蝕。當流速非?？於仍龃蟆Ａ魉佥^低時，主要是電化學腐蝕。當流速非?？鞎r，對金屬表面的機械沖擊很強烈時，發(fā)生空泡腐蝕，常時，對金屬表面的機械沖擊很強烈時，發(fā)生空泡腐蝕，常發(fā)生在水輪機葉片、艦船螺旋槳推進器高速轉(zhuǎn)動時。發(fā)生在水輪機葉片、艦船螺旋槳推進器高速轉(zhuǎn)動時。l 海生物海生物常見的幾種附著海洋微生物常見的幾種附著海洋微生物A 海洋細菌海洋細菌B 海洋細菌海洋細菌C 硅藻硅藻D 鐘形蟲鐘形蟲海洋生命活動會改變金屬海水的界面