1. 海洋環(huán)境腐蝕陰極保護的經(jīng)濟性
陽極材料按用途主要分為三類:1.鋁合金犧牲陽極:多用于海洋或容器(儲罐)內(nèi)陰極保護2.鋅合金犧牲陽極:多用于土壤環(huán)境,應(yīng)用條件土壤電阻率≤15Ω·m3.鎂合金犧牲陽極:多用于土壤環(huán)境,應(yīng)用條件土壤電阻率≥15Ω·m工程中常用的犧牲陽極材料主要有鎂和鎂合金,、鋅和鋅合金、鋁合金三大類,。在個別工程項目中,,由于情況特殊而采用了鐵陽極或錳陽極作為犧牲陽極進行陰極保護。鎂基犧牲陽極因具有很負(fù)的開路電位和很大的驅(qū)動電壓等性能而廣泛的應(yīng)用于土壤,、海水,、海泥及工業(yè)水中對金屬結(jié)構(gòu)物進行陰極保護。但它的電流效率低,,是一大缺點,。鋅基犧牲陽極的開路電位不如鎂基陽極那么負(fù),驅(qū)動電壓不大,,但它仍能在低電阻率土壤,、海水、海泥環(huán)境中廣泛用于犧牲陽極保護,。鋁基犧牲陽極的開路電位比鋅基陽極略負(fù),,它的理論電容量遠(yuǎn)高于鋅基和鎂基陽極,具有獨特的性能,。但是它是易于鈍化的金屬材料,,在其表面容易產(chǎn)生致密、附著性好的連續(xù)氧化膜,,甚至產(chǎn)生一層高電阻硬殼,,阻礙金屬的活化溶解。目前鋁基陽極廣泛應(yīng)用于海水中保護船舶,、平臺,、碼頭等海洋結(jié)構(gòu)物,,在海泥(海底管道)、鹽水系統(tǒng)也獲得了成功的應(yīng)用,,但尚不能應(yīng)用于土壤環(huán)境中。鎂是典型的輕金屬,,原子序數(shù)12,,相對原子質(zhì)量24.31,密度1.74g/cm,,化合價2,,熔點651℃.鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位-2.37(SHE)。鎂的特點是:密度小具有較高的化學(xué)活潑性,;電極電位很負(fù),;極化率低;驅(qū)動電位大,,對鐵的驅(qū)動電位可達(dá)0.6V以上,;理論電容量大。在鎂陽極表面不易形成屏蔽性保護膜,。鎂和鎂合金系列犧牲陽極,,電流效率很低一般只有50%左右。在鎂表面易形成較為強烈的腐蝕原電池作用,,導(dǎo)致自溶解速率較大,。此外,這種材料如遇碰撞易產(chǎn)生火花等特點,,也限制了它在高安全區(qū)性能區(qū)域的應(yīng)用,,例如:油輪、敏感的易燃易爆區(qū)等特定場所,。鋅是一種普通的重金屬,,原子序數(shù)30,相對原子質(zhì)量65.37,,密度7.14g/cm,,化合價2,熔點420℃,。鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76V(SHE),,高純鋅在海水中的穩(wěn)定電位為-0.82V(SHE)。這是一種較活潑的金屬,,相對于鋼鐵及常用的金屬結(jié)構(gòu)材料而言是負(fù)電性的,。鋅陽極在高電阻的土壤中或淡水中不太適用,通常多用于海水,,,、某些化學(xué)介質(zhì)和低電阻率的土壤或灘涂地,。鋅和鋅合金陽極理論發(fā)電量較小,但它作為犧牲陽極的電流效率是很高的,,在海水中可達(dá)95%,,在土壤中也可達(dá)到65%以上。鋁也是一種典型的輕金屬,,原子序數(shù)13,,相對原子質(zhì)量26.98,密度2.7g/cm,,熔點660℃,。鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.66V(SHE),海水中的穩(wěn)定電位約為-0.53(SHE),。鋁的理論電容量為2970A·h/kg,,是鋅的3.6倍,鎂的1.35倍,。鋁的原料易得,,制作工藝較簡單價格低廉,是發(fā)展?fàn)奚枠O的良好材料,。
2. 海洋腐蝕環(huán)境的分類
第一部分包括腐蝕分類,、電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)、電化學(xué)腐蝕動力學(xué),、電化學(xué)測量技術(shù),;
第二部分是防護技術(shù),包括常用耐蝕材料及其在海洋環(huán)境中的耐蝕性,、表面處理與涂層技術(shù),、緩蝕劑、電化學(xué)保護和海洋生物污損與防污技術(shù),;
第三部分包括腐蝕試驗方法,,腐蝕檢測、監(jiān)測與評價等,。
3. 海洋腐蝕的危害
船舶長期處于海洋環(huán)境中,,腐蝕極為嚴(yán)重,而腐蝕速度與海水的流運速度,、氣泡,、溫度、沖擊性以及海水所含微生物等因素都有極為密切的關(guān)系,。船體在海水呂的腐蝕主要有電化學(xué)腐蝕,、機械作用腐蝕、生物腐蝕和化學(xué)腐蝕幾種,,其中最主要的是電化學(xué)腐蝕,,即在腐蝕過程中有微電流產(chǎn)生,。
發(fā)生在船體鋼結(jié)構(gòu)上的電化學(xué)腐蝕
1.氧的濃差電池作用
由于氧有奪取電子的能力,且水面的氧較水下的氧多,,故近水面部分的金屬得到電子成為陰極,,而水中部分的金屬失去電子成為陽極而發(fā)生腐蝕。腐蝕發(fā)生后,,縫隙或缺口處的氧多,,而底部氧少,從而底部繼續(xù)腐蝕,,最后成為銹坑或銹穿。
2.兩種不同金屬或鋼種的腐蝕
在海水中,,兩種不同成分的金屬接觸時,,電勢較低的金屬成為陽極發(fā)生腐蝕,例如鉚釘和焊縫處容易銹蝕,,原因即在于此,。
3.氧化皮引起的腐蝕
由于氧化皮的電極電位比鋼鐵約高0.26V,所以成為陰極,,而鋼鐵本身成為陽極發(fā)生腐蝕,。
4.涂膜下的腐蝕
由于實際上涂膜表面有微孔存在,所以海水仍可緩慢穿過涂膜產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,。此時,,含涂膜的部分成為陰極,,不含涂膜的部分成為陽極而發(fā)生腐蝕,,所以使涂膜鼓起破壞。在涂膜未損環(huán)或失效時,,這一過程是緩慢的,。
涂漆前未除盡的氧化皮、銹蝕物,、污物,、水分、鹽類等,,在涂膜下加速腐蝕進程,,破壞涂膜。涂裝時漏涂等施工缺陷也會加速腐蝕進程,,從而過早破壞涂膜,。涂膜損壞后,將產(chǎn)生前述各種腐蝕,,這種腐蝕速度比未涂漆時更快,。
5.雜散電流引起的腐蝕
由于供電或電焊時,,違反操作規(guī)程,產(chǎn)生漏電,,從而使船體變成一個巨大的陽極,,產(chǎn)生大規(guī)模的腐蝕,。這種腐蝕是非常驚人的,,例如,,某廠建造的四艘海船,出廠一年,,6mm的鋼板幾乎全部爛穿。
機械作用腐蝕
機械作用的腐蝕包括腐蝕作用和機械磨損,,兩者相互加速。其中包括沖擊腐蝕,,這是由于液體湍流或沖擊所造成的,;空泡腐蝕,高速流動的液體,,因不規(guī)則流動,,產(chǎn)生空泡,形成“水錘作用”,,常常破壞金屬表面的保護膜,,加速腐蝕作用,如螺旋槳,、泵軸等處易發(fā)生,;微振磨損腐蝕,兩個緊接著的表面相互振動而引起的磨損,;應(yīng)力腐蝕開裂,,是在拉伸應(yīng)力的腐蝕介質(zhì)作用下的金屬腐蝕破壞,金屬內(nèi)會產(chǎn)生沿晶或穿晶的裂紋,。
生物腐蝕生物腐蝕是由海洋生物在船度附著引起的,,這種腐蝕包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。由于海洋生物在船度的附著,,破壞了漆膜,,造成局部電化學(xué)腐蝕;由于微生物的新陳代謝作用,,分泌出具有侵蝕性的產(chǎn)物如C02/NH4OH/H2S等以及其他有機酸和無機酸引起鋼板的腐蝕作用,。本文編輯:進口鋁板
4. 海洋環(huán)境的腐蝕情況可分為五大區(qū)
指工業(yè)區(qū),、沿海和化工廠等污染程度或鹽霧大的地方。
根據(jù)ISO12944-2中定義的不同等級的腐蝕環(huán)境分別是:邊遠(yuǎn)地區(qū),、低污染的地區(qū)和有暖氣的建筑內(nèi)部等是Cl和C2環(huán)境,;中等程度的污染區(qū),如二氧化硫含量高,、濕度高的生產(chǎn)區(qū)域是C3環(huán)境,;工業(yè)區(qū)、沿海和化工廠等污染程度或鹽霧大的地方可以視作是C4環(huán)境,,典型的如火力發(fā)電廠,、濱海建筑物等;高濕度的工業(yè)區(qū),,污染特別厲害的地方可以確定為C5-Ⅰ工業(yè)腐蝕環(huán)境,高濕度加上高鹽度就是C5-M海洋腐蝕環(huán)境,。
5. 海洋腐蝕環(huán)境理論及其應(yīng)用
在ISO標(biāo)準(zhǔn)中,腐蝕環(huán)境被分為6類,,其中海洋環(huán)境的腐蝕等級最高,。受海水飛沫中含有的氯化鈉顆粒的影響,近海200米以內(nèi)的陸地環(huán)境上的腐蝕也屬于海洋腐蝕環(huán)境的范疇,。
海洋環(huán)境中的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕,、生物腐蝕、機械作用腐蝕和電化學(xué)腐蝕,,這些腐蝕一般是同時進行的,。其中,對材料影響最大的是電化學(xué)腐蝕,。海水是良好的導(dǎo)電介質(zhì),,大多數(shù)金屬在海水中腐蝕速率很大。