海洋環(huán)境腐蝕特點(diǎn)及激光熔覆技術(shù)在海洋防腐中的應(yīng)用

1、海洋環(huán)境腐蝕特點(diǎn)及激光熔覆技術(shù)在海洋防腐中的應(yīng)用摘要：詳細(xì)分析了海洋中各個(gè)區(qū)域的腐蝕特點(diǎn)。介紹了激光熔覆技術(shù)在海洋設(shè)備構(gòu)件防腐中的應(yīng)用以及此技術(shù)在應(yīng)用上出現(xiàn)的問題。關(guān)鍵字：海洋腐蝕；金屬構(gòu)件；激光熔覆引言海洋中蘊(yùn)藏著豐富的自然資源，海洋的開發(fā)不僅具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，更能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的科技水平與科研能力?，F(xiàn)今，隨著海洋開發(fā)力度的增加，海底石油輸送管道、深海鉆井平臺(tái)、海上跨海大橋等海上產(chǎn)業(yè)設(shè)施數(shù)量逐年上升1。海洋環(huán)境惡劣的腐蝕特點(diǎn)，必然會(huì)對(duì)海上金屬構(gòu)件產(chǎn)生極其嚴(yán)重的腐蝕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年世界上因腐蝕產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失占全球國(guó)民生產(chǎn)總值的3.4%，海洋構(gòu)筑物的腐蝕占到其中的三分之一2。因此，對(duì)海洋環(huán)境

2、腐蝕特點(diǎn)充分認(rèn)識(shí)以及選擇合適的方法對(duì)海上金屬構(gòu)件進(jìn)行防護(hù)具有特別的經(jīng)濟(jì)意義。1. 海洋環(huán)境腐蝕特點(diǎn)海水中含有大量的鹽類，導(dǎo)電性良好，構(gòu)成一種天然良好的電解質(zhì)溶液，因而處于其環(huán)境中的金屬構(gòu)筑物會(huì)遭受特別嚴(yán)重的腐蝕。若根據(jù)處于海洋環(huán)境中的特點(diǎn)不同分類，可將海洋腐蝕環(huán)境分為幾個(gè)區(qū)域：大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)以及海泥區(qū)3。1.1 大氣區(qū)海洋大氣區(qū)指位于海平面以上的大氣區(qū)域，這個(gè)區(qū)域中含有較高的鹽分。濕潤(rùn)的大氣環(huán)境會(huì)在金屬表面形成薄薄的一層含鹽水膜，加速金屬構(gòu)件的腐蝕。此區(qū)域的腐蝕性受大氣中含鹽量、溫度、光照等條件影響4。1.2 飛濺區(qū)海洋飛濺區(qū)指處于海平面以上，受風(fēng)浪飛濺影響的區(qū)域5，氧氣含量高

3、、受海浪擊打且干濕交替6。與其他區(qū)域相比較腐蝕情況最為嚴(yán)重，一方面金屬表面干濕交替，富含大量氧氣，發(fā)生氧去極化反應(yīng)；另一方面，海浪的擊打會(huì)對(duì)金屬表面的防護(hù)層造成破壞，使得防護(hù)措施失效，發(fā)生腐蝕7。1.3 潮差區(qū)海水潮差區(qū)指因海水潮汐作用而發(fā)生干濕交替變化的區(qū)域，與飛濺區(qū)類似，此區(qū)域氧氣含量大，干濕交替8。由于潮差周期大，高度變化大，鋼結(jié)構(gòu)在漲潮時(shí)受海浪海水共同作用，落潮時(shí)，露出海面部分又會(huì)有殘存海水液膜，隨露出時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減薄，在減薄乃至干燥過程中形成鹽沉積以及過飽和海水液膜，腐蝕規(guī)律較為復(fù)雜9。1.4 全浸區(qū)海水全浸區(qū)指構(gòu)筑物始終不能露出海平面的區(qū)域范圍。低潮線及其以下30m為淺海區(qū)，溫度

4、以及溶氧量較高，同時(shí)存在海生物腐蝕是全浸區(qū)腐蝕最嚴(yán)重區(qū)間；淺海區(qū)以下到200m區(qū)域?yàn)榇箨懠軈^(qū)，金屬構(gòu)件腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主；水深超過200m區(qū)域則為深海區(qū)，海水壓力較大，氧含量低材料受電化學(xué)以及應(yīng)力腐蝕影響。1.5 海泥區(qū)在海水以下的海底區(qū)域則為海泥區(qū)。海泥區(qū)主要由海底沉積物組成，其電阻率低、鹽分高。海泥區(qū)的H2S以及微生物也可能會(huì)加速金屬材料的腐蝕，同時(shí)海底含沙海流運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致金屬材料磨蝕，同時(shí)形成“氧濃差電池”10。2. 激光熔覆技術(shù)2.1激光熔覆技術(shù)在海洋防腐中的應(yīng)用S355是一種在海洋環(huán)境中普遍使用的結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能與Q345鋼相近。由其制造的海洋構(gòu)筑物在海洋環(huán)境中會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕。賀

5、星11等在S355鋼材表面制備了AI-Ni-TiC-CeO2復(fù)合材料熔覆層。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)設(shè)置熔覆掃描速度為7.5mm/s時(shí)，可以獲得稀釋率小于5%的熔覆層。分析熔覆掃描速度分別為6、7、7.5、8mm/s的樣品極化曲線，可以發(fā)現(xiàn)7mm/s的熔覆層自腐蝕電位較高、自腐蝕電流密度較低，在這幾種掃描速度的樣品中具有最好的耐蝕性能。對(duì)比普通S355結(jié)構(gòu)鋼與熔覆之后的結(jié)構(gòu)鋼試樣，可以大大提高抗腐蝕性能。AI-Ni-TiC-CeO2復(fù)合材料熔覆層不僅能有效提高基材耐蝕性能，同樣改善了基材的耐磨性能以及硬度，可有效提高基材使用壽命。服役于沿海地區(qū)的水閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)活塞桿，處于浪花飛濺區(qū)與潮差區(qū)，腐蝕條件惡

6、劣，極易發(fā)生腐蝕?；鹧鎳娡恳约暗入x子噴涂等傳統(tǒng)的表面技術(shù)存在孔隙率高、結(jié)合強(qiáng)度差等缺點(diǎn)，對(duì)比激光熔覆的良好熔覆特點(diǎn)，張磊12提出以鐵基、鎳基、鈷基合金粉末為熔覆材料，采用激光熔覆技術(shù)改進(jìn)桿件的耐蝕性能。并認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)有望取代傳統(tǒng)鍍鎳、鉻技術(shù)，成為活塞桿耐蝕防護(hù)新手段。核電站海水泵葉輪在海水中浸泡極易遭受腐蝕，同時(shí)在高速海水中，會(huì)遭受空泡腐蝕。針對(duì)這一問題，駱芳13等配置了三種合金熔覆粉末，用以提高316基材的耐蝕性能，結(jié)果顯示，當(dāng)合金粉末中存在高鉻、高鎳時(shí)，可獲得由大量奧氏體加少量馬氏體組成的熔覆層，顯著解決葉輪遭受的腐蝕問題。總體來看，可根據(jù)金屬構(gòu)件的腐蝕環(huán)境，而配置相應(yīng)的合金粉末，達(dá)到改善

7、耐蝕性能的目的。例如在海洋大氣區(qū)，可選用不銹鋼等耐蝕能力一般的材料，處于浪花飛濺區(qū)或潮差區(qū)的，則可在鎳基粉末中添加耐磨組分，從而提高材料在該區(qū)域的適應(yīng)性。2.2激光熔覆技術(shù)不足1) 熔覆層表面為粗糙表面，對(duì)表面有要求的構(gòu)件需在應(yīng)用時(shí)進(jìn)行機(jī)加工處理2) 熔覆層的均勻性、產(chǎn)品穩(wěn)定性以及配套裝置達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)要求；3) 相關(guān)理論研究系統(tǒng)性差。對(duì)合金凝固、材料內(nèi)部變化、熔覆層溫度場(chǎng)等研究不透徹。3. 結(jié)論隨著人類對(duì)海洋探索的深入，更多的金屬設(shè)備構(gòu)件將在海洋中投入應(yīng)用。研究海洋腐蝕環(huán)境對(duì)金屬構(gòu)件的腐蝕特點(diǎn)以及如何做到更好的防護(hù)顯得尤為重要。激光熔覆技術(shù)可根據(jù)相應(yīng)金屬部件的腐蝕防護(hù)需求，制備滿足需求的耐蝕

8、合金熔覆層，這在未來的海洋防腐中，必將占據(jù)不可替代的位置。參考文獻(xiàn)1馮立超，賀毅強(qiáng)，喬斌，于雪梅.金屬及合金在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)J.熱加工工藝,2013,42(24):13-17.2侯保榮，張盾，王鵬.海洋腐蝕防護(hù)的現(xiàn)狀與未來J.中國(guó)科學(xué)院院刊,2016,31(12):1326-1331.林臻，李國(guó)璋,白鴻柏，路純紅.金屬材料海洋環(huán)境腐蝕試驗(yàn)方法研究進(jìn)展J.新技術(shù)新工藝,2013(08):68-74.4江旭，柳偉，路民旭.鋼鐵海洋大氣腐蝕試驗(yàn)方法的研究進(jìn)展J.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2007(04):282-286.5邵懷啟，韓文禮,王雪瑩，李愛貴.海洋飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕規(guī)律與防護(hù)措施J.腐蝕

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