关于海水中金属的腐蚀介绍

[拼音]：haishui zhong jinshu de fushi

[外文]：metal corrosion in sea water

金属在海水中受化学因素、物理因素和生物因素的作用而发生的破坏。金属结构腐蚀的结果，材料变薄，强度降低，有时发生局部穿孔或断裂，甚至使结构破坏。全世界每年生产的钢铁产品，大约有十分之一因腐蚀而报废，工业发达国家每年因腐蚀造成的经济损失，大约占国民经济总产值的2～4％。

第一次世界大战期间，由于金属腐蚀，英国许多军舰在港口等候更换冷凝管，严重地影响了战斗力。后来由于G.D.本戈和R.梅等人对黄铜冷凝管的脱锌作用进行了仔细的研究，改进了冷凝器的设计，又用新材料代替黄铜，才解决了这个腐蚀问题。1935年，国际镍公司在美国北卡罗来纳州的赖茨维尔比奇，建立了F.L.拉克腐蚀研究所，对金属材料和非金属材料进行了大量的海水腐蚀和海洋大气腐蚀的试验。20世纪70年代，英国、法国、联邦德国和荷兰等国为了开发北海的石油和天然气，协作研究了近海钢结构的腐蚀问题，特别是腐蚀疲劳问题。许多国家都十分重视关于金属的腐蚀和防护的科学研究，学术交流活动很多。中国在1949年之后，金属腐蚀和保护的研究方面，得到了迅速的发展，在国民经济和国防建设中起了重要的作用。

浸入海水中的金属，表面会出现稳定的电极电势（表1）。由于金属有晶界存在，物理性质不均一；实际的金属材料总含有些杂质，化学性质也不均一；加上海水中溶解氧的浓度和海水的温度等，可能分布不均匀，因此金属表面上各部位的电势不同，形成了局部的腐蚀电池或微电池。电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。

电势较高的金属，如铁，腐蚀时阳极进行铁的氧化：

Fe→Fe2++2e-释放的电子从阳极流向阴极，使氧在阴极被还原：

O2+2H2O+4e-→4OH-氢氧离子经海水介质移向阳极，与亚铁离子生成氢氧化亚铁：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2它易与海水中的溶解氧反应生成氢氧化铁。后者经部分脱水成为铁锈Fe2O3·H2O，它的结构疏松，对金属的保护性能低。

电势较低的金属，例如镁，被海水腐蚀时，镁作为阳极而被溶解，阴极处释放出氢。

当电势不同的两种金属在海水中接触时，也形成腐蚀电池，发生接触腐蚀。例如锌和铁在海水中接触时，因锌的电势较低，腐蚀加快；铁的电势较高，腐蚀变慢，甚至停止。

工业用的大多数金属，金属状态不稳定，在海水中有转变成化合物或离子态物质的倾向。但是金和铂等贵金属，金属状态稳定，在海水中不发生腐蚀。

海洋环境对金属腐蚀的影响

金属在海水中的腐蚀，影响因素很多，包括化学、物理和生物等因素。

（1）溶解氧。海水溶解氧的含量越多，金属的腐蚀速度越快。但对于铝和不锈钢一类金属，当其被氧化时，表面形成一薄层氧化膜，保护金属不再被腐蚀，即保持了钝态。此外，在没有溶解氧的海水中，铜和铁几乎不受腐蚀。

（2）盐度。海水含盐量较高，其中所含的钙离子和镁离子，能够在金属表面析出碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，对金属有一定的保护作用。河口区海水的盐度低，钙和镁的含量较小，金属的腐蚀性增加。海水中的氯离子能破坏金属表面的氧化膜，并能与金属离子形成络合物，后者在水解时产生氢离子，使海水的酸度增大，使金属的局部腐蚀加强。

（3）酸碱度。用pH值表示。pH值越小，酸性越强，反之亦然。海水的pH值通常变化甚小，对金属的腐蚀几乎没有直接影响。但在河口区或当海水被污染时，pH值可能有所改变，因而对腐蚀有一定的影响。

（1）流速。海水对金属的相对流速增大时，溶解氧向阴极扩散得更快，使金属的腐蚀速度增加。特别是当海水流速很大，或者它对金属的冲击很强时，海水中产生气泡，就发生空泡腐蚀，其破坏性更强。船舶螺旋推进器的叶片，往往因空泡腐蚀而损坏。

（2）潮汐。海水中裸钢桩的腐蚀，可表明潮水涨落的影响（见图）。靠近海面的大气中，有多量的水分和盐分，又有充足的氧，对金属的腐蚀性比较强。因此，在平均高潮线上面海水浪花飞溅到的地方（飞溅区），金属表面经常处于潮湿多氧的情况下，腐蚀最为严重。在平均高潮线和平均低潮线之间为潮差区，金属的腐蚀性差别很大，由高潮线向下，腐蚀速度逐渐下降。总的说来，在平均中潮线以上的腐蚀比较严重。

（3）温度。水温升高，会使腐蚀加速。但是温度升高，氧在海水中的溶解度降低，使腐蚀减轻。这两方面的效果相反。

许多海洋生物常常附着在海水中的金属表面上。钙质附着物对金属有一定的保护作用，但是附着的生物的代谢物和尸体分解物，有硫化氢等酸性成分，却能加剧金属的腐蚀。另外，藤壶等附着生物在金属表面形成缝隙，这时隙内水溶液的含氧量比隙外海水少，构成了氧的浓差电池，使隙内的金属受腐蚀，这就是金属的缝隙腐蚀。铜及其合金被腐蚀时，放出有毒的铜离子，能够阻止海洋生物在金属表面附着生殖，从而免受进一步的腐蚀。此外，存在于海水中和淤泥中的硫酸盐还原菌，能将硫酸盐还原成硫化物，后者对金属有腐蚀作用。

耐腐蚀的钢材

用于海洋环境中的结构材料，主要是碳钢和低合金钢。碳钢的耐蚀性能低，为提高其耐蚀性，在钢中添加少量的铬、镍、磷、铜、铝、钼和锰等，有的还加稀土元素，组成耐海水钢，常见的有马丽尼钢和APS20A钢等。这种钢材在飞溅区和海洋大气中的腐蚀速度比碳钢小得多（表1）。这是因为添加的成分，在金属被腐蚀时能增加锈层的致密性，对金属起保护作用。但是，浸入海中的低合金钢，会出现局部腐蚀；在拉应力和腐蚀性介质同时作用下，钢材会发生应力腐蚀破裂;在波浪或其他周期性力作用下，金属结构会发生腐蚀疲劳而破坏，特别是焊接点，这种效应更加严重。因此，在特殊的场合，往往采用其他的耐腐蚀的金属材料，如不锈钢、铜及其合金、镍铜合金、铝及其合金、钛及其合金等等。

为了延长海洋结构物，如舰船、码头、海上平台、海底管道等的寿命，除了根据具体设施和具体海洋环境选用适当的结构材料之外，通常在金属表面涂上或包上防腐蚀的覆盖层。例如：涂以环氧树脂类的涂料，将金属与海水隔离；涂以含氧化亚铜或氧化汞等有毒物质的防污漆，防止海洋生物的污损；在潮差区还可以包上中国研制的脂肪酸盐绷带或蒙乃尔400合金板，进行保护。

采用锌合金或铝合金保护钢铁结构时，由于这类合金在海水中的电势比钢铁低，成为腐蚀电池的阳极，钢铁则成为阴极。依靠阳极材料的溶解牺牲，保护了钢铁不受腐蚀，延长了海洋钢铁结构的寿命。这是阴极保护法中的一种。另一种阴极保护法是外加电流。如果联合采用涂料和阴极保护，可取得优良的效果。

在使用海水作为循环冷却水时，可在海水中添加亚硝酸钠或磷酸二氢钠等缓蚀剂，防止碳钢腐蚀。

海洋中金属的腐蚀，特别是局部腐蚀，是工业和国防事业的一个严重问题，必须研制更好的耐腐蚀的合金和防腐材料，并建立起对金属腐蚀的控制和监测系统。

参考书目

1. F.W.芬克、W.K.博依德著，冶金工业部钢铁研究院、包钢冶金研究所译:《海洋环境中金属的腐蚀》，科学出版社，北京，1976。(F.W.Fink，W.K.Boyd，The Corrosionof metalsin Marine Environments，Bayer & Co.，Columbus，1970.)F.L.LaQue，Marine Corrosion，Causes andPreven-tion，John Wiley & Sons，New York，1975.