海洋工程材料腐蝕監測與防護技術

摘 要：隨著海洋事業的蓬勃與繁榮，海洋工程材料腐蝕問題也日漸突出，成為限制海洋事業進一步健康發展的瓶頸問題。海洋工程材料腐蝕問題的應對方式主要有提高材料抗腐蝕性能以及做好材料腐蝕監測兩種。文章針對海洋工程材料腐蝕監測和防護有關問題進行探討，簡要介紹了材料腐蝕監測技術的基本內容，就如何提高海洋工程金屬材料抗腐蝕性能進行了著重闡述。

關鍵詞：海洋；工程材料；腐蝕；監測；防護

引言

我國擁有漫長的海岸線，海洋資源極為豐富，由此帶動了海洋運輸、漁業、養殖業、礦業等產業的繁榮。每年都有大量船舶、海洋平臺、港口設施投入到使用中去。金屬材料是海洋工程設施、設備的重要原材料。由于海水中富有大量鹽分，金屬材料腐蝕速度較陸地使用條件下快。這就給海洋工程材料的抗腐蝕性提出了更高的要求。海洋環境下金屬氧化還原反應速度加快，腐蝕程度加深，不僅縮短海洋設施、設備使用壽命，降低使用品質和工作效率，造成經濟上的損失，更易引發安全事故，危及海洋事業的健康發展。因此，在日常工作中，必須加強海洋工程材料在使用過程中的腐蝕情況檢測，做好材料防腐保護，延長使用壽命，保障海洋工程設備、設施的正常運轉。

1 腐蝕監測技術概述

1.1 腐蝕監測技術基本內涵

設備、設施在使用條件下，其材質因與某種、某些介質接觸，發生腐蝕現象，當腐蝕的速度較快，成為影響設備、設施正常使用的重要因素時，就需要對腐蝕情況進行監測，以確保設施、設備處于正常使用狀態。腐蝕監測技術就是因此而形成的。腐蝕監測技術以腐蝕速度及與之相關的重要因素為監測對象，并以監測結果為依據，對材料的生產、加工過程進行調整、改進，從而實現對腐蝕態勢的控制。憑借腐蝕監測，技術人員可以及時掌握設備材質腐蝕情況，據此采取有效措施，對于風險防控十分重要。

1.2 腐蝕監測方法的技術要求

經過長時間的探索與實踐，人們發現，用于腐蝕監測的技術方法必須滿足以下幾個方面的要求：一是要具有較高的可靠性。腐蝕監測不是一朝一夕可以完成的工作，需要經年累月，長時間的對目標進行觀測、檢查，動態獲取目標腐蝕因素數據，采集的數據要符合精度的要求，具有策略重現性，可以以其為依據對腐蝕情況進行判定。二是要不能對監測對象造成損壞，監測系統可以持續運行，而不產生間斷。這主要是為了適應高溫、高壓或放射性等條件下的需求。三是靈敏度要求較高，能夠迅速反映出監測對象腐蝕因素的變換。整個測量、取值的過程越短越好，以便于實現報警和控制的自動化。四是要便于維護。

1.3 腐蝕監測方法的選擇要點

在選擇腐蝕監測方法時，要以腐蝕系統為依據。對于監測對象為全新的腐蝕系統，關于該種腐蝕的內在機理以及相關影響因素尚處于不了解的情況下，要先在實驗室中通過模擬試驗來判斷其主要影響因素，再以此為依據確定監測的方法。最終依照所選擇的監測技術的機理來對腐蝕監測數據進行解析。對于監測對象為已知的腐蝕系統，由于其系統運作機理和主要影響因素都已經明確，所以可以使用已經證明適用的監測方法進行腐蝕監測。

2 腐蝕控制技術分析

從根本上說，腐蝕監測是為工程材料腐蝕控制工作提供服務的。目前，技術人員主要從以下幾個方向進行腐蝕控制技術的開發研究：

一是從材料自身著手，具體的方法有選擇適宜的材料、減少金屬材料中的雜質、加入必要的微量元素、熱處理等，以改進金屬材料內部結構，提高其抗腐蝕能力。二是從材料使用的環境著手。材料發生腐蝕，其本質原因在于材料與周圍環境中的某種或某些介質發生了氧化還原反應，通過調整材料所處環境，改變介質特性，降低或消除其對材料的腐蝕性也是材料腐蝕控制的一個重要手段。常見方法有降低腐蝕介質中氫、氧等極性物質含量。三是設置防腐層。在材料表面敷設耐腐保護層，將材料與腐蝕介質相隔離。常見的防腐層種類包括防腐涂料、橡膠、塑料等耐腐蝕性高的物質。四是采用電化學保護。利用腐蝕本身的電化學竭力，設置陰極保護或陽極保護，抵消腐蝕對目標材料的侵害。五是利用加工工藝的方法進行防腐。常見的方法有除砂除雜、調節溫度、壓力、流速、流動狀態、金屬結構尺寸、增大腐蝕余量等措施。

下面對上述方法進行逐一介紹、分析。

2.1 選擇合適的材料種類

不投材料性質不同，在抗腐蝕方面的表現也不一樣。

（1）鋼鐵材料。鑄鐵、碳鋼和不銹鋼是當前應用最廣的三種鐵金屬材料。其中，鑄鐵在堿性環境中具有較好的抗腐蝕性能，因而廣泛應用于海水泵、閥門等零部件加工生產領域。以鑄鐵為基材，添加適當的微量元素，可以得到多種具有針對性的抗腐蝕鑄鐵合金。碳鋼和普通低合金鋼更占據了海洋工程金屬材料中的絕大比例，具有造價低、方便使用、技術儲備豐富等優點。

（2）銅與銅合金。銅與銅合金在力學性能、可成型性、導熱性以及海洋環境下抗腐蝕方面表現優異。在各類銅合金中，白銅的耐腐蝕性最佳，因而在海水冷凝管、換熱器和儀器儀表部件加工方面應用廣泛。

（3）鈦與鈦合金。鈦與鈦合金是當前已知材料中在常溫海水環境下抗腐蝕性表現最好的一種，其在條件更為惡劣、復雜的污染海水、熱海水、流動海水、海泥環境下同樣具有高品質的抗腐蝕能力。常用于海水淡化裝置中的冷凝管、輸運管道、海水換熱器、海水蒸發器、海水恒溫器、海水泵、耐海水船舶用管件工具的生產加工。

2.2 降低環境介質腐蝕特性

該方法大體上包括兩個方向：一是通過一系列處理，降低或減少環境介質中的腐蝕因子，從而降低環境介質對材料的腐蝕特性。從這個方法的機理上可以看到，該方法的實施效果受環境介質規模影響，當環境介質過大時無法實現。常用的改變環境介質的技術一類是直接減少環境介質中的腐蝕因子，比如常見的除潮、除塵、去氧、脫鹽、調控酸堿度等。另一類是在環境介質中加入緩蝕劑。緩蝕劑是一種可以降低環境介質對材料腐蝕速度的物質。包括有機和無機兩種，其中，無機緩蝕劑又分為氧化性緩蝕劑和非氧化性緩蝕劑，前者如硝酸鹽、亞硝酸鹽，后者有磷酸鹽、硅酸鹽。有機緩蝕劑則包括胺類、醛類、雜環化合物、咪唑啉類和有機硫化物類等。

2.3 設置防護層

對于金屬制品來說，防護層根據防護層材質不同，分為金屬鍍層和非金屬涂層兩種。其中，目前金屬鍍層的加工技術有擴散滲鍍、噴鍍、電鍍、熱浸鍍層、金屬包覆、真空鍍膜、氣相沉積和陰極濺射等，實際工作中根據具體要求和條件選擇合適的技術予以實施。非金屬涂層的加工技術包括涂刷涂料、進行化學轉化膜和暫時性防護劑處理等。

3 結束語

海洋工程材料腐蝕監測是一項長期工程。隨著我國綜合國力的增強，走出國門，走向藍海已經成為我國今后發展的重要戰略。海洋事業的蓬勃發展，對于海洋工程材料防腐和腐蝕監測工作提出了越來越高的要求，而不斷發展的科學技術，也給海洋工程材料腐蝕監測與防腐提供了堅實的基礎支持。工程技術人員要充分認識到腐蝕監測和防腐技術的重要意義和長期性，潛心努力，開拓創新，認認真真，扎扎實實地做好每一項工作，為我國海洋事業實現可持續發展保駕護航。

參考文獻

[1]朱相榮，黃桂橋，林樂耘，等.金屬材料長周期海水腐蝕規律研究[J].中國腐蝕與防護學報，2005，25（3）：142-148.

[2]范舟，劉建儀，李士倫，等.X70管線鋼焊接接頭組織及其海水腐蝕規律[J].西南石油大學學報，2009，31（5）：171-174.