海洋環境中金屬的腐蝕及防護研究

王玉瑩，張 蒙，范思民

（1.鞍鋼集團礦業有限公司教育培訓中心，遼寧 鞍山 114000；2.鞍鋼集團礦山設計研究院有限公司，遼寧 鞍山 114004；3.鞍鋼集團鞍千礦業有限責任公司，遼寧 鞍山 114000）

隨著地球人口的增多，環境的惡化，人們對于海洋開發的重視程度日益提升，人工碼頭、海洋通道、臨海工業、海底油氣輸送管線鋪設等等已十分普遍，但是由此而產生的海洋環境污染，尤其是金屬腐蝕越來越嚴重。海洋金屬腐蝕不僅僅是經濟上的損失，更重要的是會引發各種事故，加劇生態環境污染，還會引發人員傷亡。因此必須重視海洋環境中金屬的腐蝕以及防護，采取必要的控制防護措施，從而促進海洋環境持續發展。

1 海洋環境金屬腐蝕防護的意義

隨著海洋開發力度的不斷加大，海洋產業的可持續性發展意識也在不斷提升。海洋環境十分龐大而且腐蝕系統非常復雜，除了含有海洋生物、泥沙、水流的腐蝕還涉及到一些化學腐蝕、電化學侵蝕等，因此隨著海洋開發的不斷深入，海洋環境中的金屬腐蝕也日益嚴重[1]。

2 海洋環境中金屬腐蝕的機理

海洋環境中金屬與環境中的某些介質產生化學反應從而產生很多破壞性材料的過程就是腐蝕。從熱力學的角度分析，金屬腐蝕是一個自然過程，可以分為物理腐蝕、化學腐蝕以及生物腐蝕幾大類，其中我們常見的就是電化學腐蝕。例如，鑄鐵長期處于濕潤的環境當中就會產生電化學腐蝕的反映，化學反映過程可以用下面的幾個公式表達。

陽極（Fe）：

陰極（雜質）：

電池反應：

3 海洋環境中金屬的腐蝕類型

海洋環境相對封閉且復雜，因此海洋金屬腐蝕也比較復雜，不同的海域，使用時間的不同都會導致不同的腐蝕程度和損害程度，因此本文將海洋環境中的金屬腐蝕分為以下幾種。

3.1 全面腐蝕

全面腐蝕比較均勻，從環境影響來說可以說是均衡的，也就是金屬材料在于腐蝕介質接觸的過程中，相關接觸的位置均被腐蝕。這種腐蝕性可以預測，不會隨著時間的變化越來越嚴重，因此可以在設計過程中預留一定的腐蝕位置，從而促進金屬使用壽命的演唱。例如，碳鋼就容易產生全面腐蝕，碳鋼處于全面浸透的情況下就會產生全面腐蝕的狀態，在現實中，全面腐蝕的預防要相對容易。

3.2 局部腐蝕

局部腐蝕與全面腐蝕相對，這就意味著金屬與腐蝕介質的接觸面存在一定的局限性，由于材料不同，電化學反映不同，因此所產生的腐蝕程度也不同。表面上來分析，局部腐蝕比較輕，但是這種危險卻比較幾種，反而帶來更大的危險事故產生。從現實中來看，很多海洋金屬事故觸發也多數是因為局部被腐蝕。因此這種危險因素不容小覷，應當及時預防[2]。

4 海洋環境中金屬腐蝕的防護措施

通過上面的分析可以看出，海洋環境中的金屬腐蝕機理以及類型比較復雜，受到各種環境和因素的影響，可以說海洋腐蝕是十分復雜和多變的。例如，不同海域的海水PH 值、溫度、含鹽量等都是不同的，即使是同一個海域還會存在大氣區、浪花飛濺區、海水全浸區等，因此不同區域、區域內不同狀態下金屬腐蝕的情況也存在著一定的差異，因此海洋環境中的金屬防護也是比較多樣的，需要針對不同的情況采取不同的防腐蝕措施，下面提出幾種不同的防護措施，希望對相關研究有所幫助[3]。

4.1 優化選材及優化結構設計

既然海洋環境中容易產生金屬腐蝕，那么就可以在選用金屬的時候優化其標準，提高金屬材料的防腐蝕性，例如鎳鋁青銅、錳青銅、不銹鋼等材料就具有很好的抗腐蝕性。同時還應當對海洋結構物進行結構的設計，減少表面腐蝕介質存在的可能，從而更好保護金屬發揮其積極作用[4]。

4.2 添加緩蝕劑

花樣環境相對封閉，因此對于金屬腐蝕的防護還可以采取加入一定的緩腐劑，例如在海水循環系統以及管道、管線中加入一定的緩腐劑，從而降低金屬腐蝕的速度，增加其壽命。緩蝕劑是具有抑制金屬腐蝕功能的一類無機物質和有機物質的總稱，主要包括鉬酸鹽、鋅鹽、鋁系金屬鹽、葡萄糖酸鹽、咪唑啉及其衍生物、胺類、醛類及季銨鹽等。

此外，緩腐劑的添加要視情況而定，不同的區域金屬腐蝕程度不同，因此需要針對性的添加，同時還要設立一定的緩腐劑效果監督體系，從而利用最低的成本來達到緩腐劑最好的效果，根據監督體系的監督效果進行緩腐劑添加數量及位置的調整。

4.3 采取不同的隔離法

通過上述分析可以看出，微電池作用是引發海洋環境中金屬腐蝕的主要原因，因此根據不同情況采取一定的隔離法是防治海洋金屬腐蝕的有效措施之一，根據不同的原理又分為電鍍法、涂層法、鈍化法。

（1）電鍍法。電鍍層可分成陽極性鍍層和陰極性鍍層2種類型。陽極性鍍層是指鍍上的金屬比被保護金屬的電勢低，比如，將鋁作為保護層鍍在鐵外層；陰極性鍍層是指鍍上的金屬比被保護金屬的電勢要高，如將錫作為保護層鍍在鐵外層。當鍍層完好時，2種類型的鍍層都能夠將金屬與腐蝕介質隔離開來，起到良好的防腐作用。可是，假如鍍層遭到破壞，2種鍍層就會顯現出截然不同的效果。在陽極性鍍層中，鍍層充當陽極，發生電化學反應時，鍍層會起到犧牲陽極保護的作用，被保護的金屬仍不受腐蝕；在陰極性鍍層中，由于被保護金屬充當陽極，發生電化學反應時，首先受到破壞的將變成被保護金屬，這時鍍層反而會使得被保護金屬加速腐蝕。

（2）涂層法。防腐涂層對于保護金屬腐蝕十分常見，對于海洋環境中金屬的防護也可以嘗試這種方式，經濟成本低、防護效果好，而且不需要十分復雜的施工工藝。從是否為金屬涂層材料可以分為金屬涂層和非金屬涂層兩種，通過涂層將金屬和腐蝕介質進行隔離，從而阻止了化學反應，因此可以有效的保護金屬被腐蝕，常用到的涂層材料有環氧樹脂、過氯乙烯、聚氯乙烯、環氧瀝青、聚氨酯等。

（3）鈍化法。根據金屬腐蝕的化學原理可以看出，電極越小，電勢就越小，從而越容易被腐蝕，因此可以通過增強電勢的方式來緩解金屬的腐蝕。因此，可以采取增大金屬電勢的方式。例如，不銹鋼就是一個很好的例子，在鐵中加入一定的鉻，從而形成不銹鋼，增強金屬的電勢，提升其抗腐蝕性，這就是我們常說的鈍化膜，從而降低海洋中的金屬污染。

4.4 電化學保護法

所謂電化學保護法就是引入外部電流來環節金屬腐蝕速度的方式，外部電流可以有效的改變金屬的電位。因此電化學保護方法可以分為陰極和陽極兩種。電化學保護法是根據電化學腐蝕原理，通過加入外部電流來改變金屬電位，進而降低其腐蝕速度的一種材料保護技術。電化學保護可分為陰極保護和陽極保護2 種類型。通過降低材料電位來達到保護目的的方法稱為陰極保護。

5 總結

綜上可以看出，全球經濟迅速發展背景下，海洋開發規模將會不斷擴大，隨著科學技術的不斷發展，海洋產業也將不斷的被開發，與此同時，金屬的腐蝕如何進行防護已經成為了海洋產業可持續性發展必須要面對的問題。例如，緩解腐蝕的方法、抑制腐蝕的方法等都可以嘗試，同時還可以利用計算機一級微電子等新技術對于海洋環境中金屬的腐蝕情況進行實時監控，從而盡可能的預見和阻止金屬腐蝕所帶來的的損失，相信，在未來隨著海洋開發的不斷發展，金屬腐蝕的防護措施也將日益完善，推動海洋產業的進一步發展。