第四章 海洋环境中金属的腐蚀与防护

海洋气候变化大,空气中富含盐雾 飞溅区不断受到海浪冲击和干湿交替 海水中盐分,氧气,温度,海生物对钢铁的重腐蚀
海水中的腐蚀
海水是具有多种盐类的天然电解质溶液， 其中还含有海生物、悬浮泥沙、溶解的气体 和腐烂的有机物等。
盐度:
海水中正常的盐度变化在 32 - 37‰ 之间
溶解氧:海水中的含氧量与盐度和温度成反比 温度: 温度每上升 10°C，钢板腐蚀速度增加1倍 流速:
防 污 漆
钢结构表面产生海洋生物污染会产生严重的后果. 如, 在船壳表面, 附着的海洋生物如藤壶、贻贝、苔藓等 增加船体 的表面粗糙度, 增加船体的阻力,造成油耗 增加和航速降低, 影响船舶运行效益。 对1500艘船的统计表明： 船底污损5%：燃料增耗10%； 船底污损10%：燃料增耗20%； 船底污损50%：燃料增耗40%；
- 不能单独成膜；能改进和提高涂层性能。 3). 溶剂 4). 助剂
船舶各部位涂料介绍
1). 车间底漆 2). 水下部位防锈漆 3). 防污漆 4). 水线以上部位防锈漆 5). 水线以上部位面漆 6). 甲板漆 7). 货仓漆 8). 压载舱涂料 9). 淡水舱涂料 10). 成品/化学品舱涂料
空舱和隔离 舱 （防锈性）
锚链舱 （防锈性、耐磨性）
饮水舱 防锈、饮水证书 机舱 耐火、耐化学品
压载舱-包括艏艉尖舱 防锈性
水线以下部位
• • • 特征: 长期浸泡在水中,易生锈,易被海生物 污染.
• 对油漆的要求: • 漆膜在钢铁表面须有很好的湿态附着 力,在长期浸泡和水流冲击下漆膜不会 起泡脱落. • 漆膜耐水性好,透水性及氧气透过率小 • 干燥性能好 • 防锈漆和防污漆有良好的配套性,不影 响防污 漆的防污性能.
根据船舶类型、被施工部位的不同，船用油漆必须满足不同 的要求，每一种油漆要求显示出其综合性能。
上层建筑外 部 防锈、美化
甲板和舱口盖 防锈、耐磨、耐冲击、美化
水下船体 防锈、耐磨、防 污
水线部位 防锈、美化
船壳部位 防锈、美化
起居 室耐 火性
货油舱 （耐货油） 货舱 （防锈性、耐磨性 耐冲击、易清洁）
海水的流速越大，钢板的腐蚀速度越快。
海生物: 当海生物局部附生时，遮盖的钢板表面
难以与氧气接触，会产生氧浓差电 池，引起海生物下面的钢板强烈腐蚀
植物性海生物
动物性海生物
飞溅区(水线部位)的腐蚀
飞溅区(水线部位)由于受海水的周期浸泡，经常处于干湿交替的 状态。大大增加了腐蚀介质的侵蚀性，加速了钢板表面的供氧和 腐蚀的速度(钢作牺牲阳极)。同时由于腐蚀产生的二价铁，在潮湿的 空气中剧烈氧化变成三价铁，其还原过程又加速了钢板的腐蚀(钢作 为还原剂)。
5、在铁的表面覆盖一层其他金属（如镀锡、镀锌）
防护方式:
• 阴极保护
A. 牺牲阳极保护 - 船用牺牲阳极有两大种类：锌合金 和铝合金 B. 外加电流保护 - 外加电流保护是以直流电源通过辅 助阳极对船体施加保护电流，使船体成为阴极并获 得极化、免受腐蚀的一种保护技术。
金属的电极电位： 铜 +0.34
海洋大气中的腐蚀
空气中的水会在钢板表面形成一层水膜，使钢板产生电 化学腐蚀 同时空气中的盐、二氧化硫、甚至酸性物质会加剧这种腐蚀 的速度。 根据英国钢铁学会提供的数据，低碳钢在不同大气 条件下的腐蚀速度如下： 大气特点 腐蚀速度 g/(m2.a) 低湿度 10.03 海洋 301.1 热带海洋近岸处 5018.8
三 海洋环境对金属的腐蚀
船舶、钻井平台等金属结构海洋设施常年运行于海洋环境中， 会受到各种腐蚀介质的侵蚀，发生不同程度的腐蚀。
• 海轮更容易被腐蚀，是因为海水中含有较 多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水 更强，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更 易进行
钢铁在海洋环境中的腐蚀-远远高于在陆地环境
低碳钢和低合金钢在海水中的腐蚀速度
试验条件 腐蚀深度（mm/a）
A3 全浸区 飞溅区 大气区 0.096 0.391 0.057 16Mn 0.086 0.391 16MnCu 0.090 0.337
钢质船舶在海洋中 的腐蚀是不可避免 的，但是其腐蚀速 度则是可以控制的 。如果能将其腐蚀 速度控制在原来的 十分之一，那么它 的寿命将是原来的 十倍。
第四章 海洋环境中金属的腐 蚀与防护
二 金属为什么会腐 蚀
什么是腐蚀 一种金属材料因与周围的环境发生反应而变坏的现象, 表现为使金属失去原有的光泽,强度,韧性等性能。 腐蚀是一种自然现象，当钢铁暴露在空气或水中一段 时间就会出现红棕色的氧化铁，即锈蚀。
腐蚀的影响
• 安全
•
降低船体强度,不能抵御海洋风浪的冲击,造 成海难 船舶设备腐蚀到一定程度,不能正常工作运转, 发生事故,严重时在海上失去控制,造成惨祸.
你 吗 知 道
另外，新技术、新产品乃至新工业的产生往往也 需要首先克服由腐蚀带来的问题。 历史上，在找到了耐稀硫酸的铅材后，铅室法硫 酸工业才得以发展起来； 发明了不锈钢以后，生产和应用硝酸的工业才蓬 勃兴起；
实施登月计划中，也曾遇到一个严重的腐蚀问题： 用钛合金制成的盛N2O4（氧化剂）的容器在试验中 几小时就破裂了，经查是应力腐蚀所致。后经反复试 验，在氧化剂中加入缓蚀剂控制应力腐蚀，才实现了 人类登上月球的计划。
五 抑制海洋腐蚀的主要方法
• 包覆层防护 • 涂层防护 • 阴极保护
生活中常见的通过覆盖保护层防止铁生锈的方法：
1、在铁的表面喷涂上防腐油漆（如桥梁、汽车、船舶）
2、油和油脂可以用来保护机器中由金属制成的转动部 分，如齿轮。 3、用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）喷涂或包裹在金 属表面。
4、在铁的表面覆盖一层搪瓷，如脸盘等金属器皿。
四 腐蚀的原因与类型
金属腐蚀一般分为化学腐蚀和电 化学腐蚀两大类，就船舶腐蚀而言， 起因通常是电化学腐蚀。
金属的电化学腐蚀
金属腐蚀 的实质 种类 金属原子失去电子被氧化而消耗的过程： M-ne-=Mn+。 化学腐蚀 电化学腐蚀
金 属 的 腐 蚀
金属和其它物质直接接 不纯金属或合金发生原电池 原理 触发生氧化还原反应而 反应，使较活泼的金属失电 引起的腐蚀 子被氧化而引起的腐蚀 直接发生氧化还原反应 发生原电池反应 有电流产生 较活泼金属被腐蚀
你 吗 知 道
据调查，金属腐蚀造成的经济损失为该国GDP的4%左 右。金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震 （平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停 工、减产和爆炸等造成的间接损失。
腐蚀不仅造成经济损失，也常对安全构成威胁。国内外 都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂 而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而 漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大 环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有 毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附 近居民的生命安全。
铁 -0.44
锌 -0.762
铝 -1.67
阴极保护的原理: 在船壳上安装一个低电位的阳极, 使整个船变成 一个阴极, 从而避免腐蚀.
+0.34 铜 0 e e -0.44 铁 -0.762 锌
锌/铝
-1.67 铝
涂层保护
采用合适的船舶涂料，以正确的工艺技术， 使其覆盖在船舶的各个部位，形成一层完 整、致密的涂层，使船舶各部位的钢铁表 面与外界腐蚀环境相隔离，以防止船舶腐 蚀的措施，称为涂层保护。
区别 腐蚀过程无电流产生
金属被腐蚀 联系
往往同时发生， 但电化学腐蚀更普遍，速率更快。
原电池反应
电化学腐蚀
不同的金属有不同的电极电位,电位较低的一方成为阳极， 而受到腐蚀。 例如新轧出来的钢板上的氧化皮的电位比钢铁高出0.3伏， 形成了阴极,而钢铁则成为阳极，它们之间形成金属通道，当 有雨水、露水或冷凝水等，就形成电解质，这就形成了腐蚀 电池，钢板的腐蚀也就在所难免了。
ຫໍສະໝຸດ Baidu舶的涂层防护
涂层保护对于船舶 来说是一种应用最广泛、 历史最悠久、最为经济 方便和最有效的防护方 法。
船舶涂料的作用:
1. 防腐作用 2. 防污作用 3. 装饰作用 4. 其他作用 - 标记、防 火、防滑、隔热，吸收电 磁波、太阳能等。
涂料的组成
1).基料
- 主要是有机或无机类合成树脂。
2). 颜填料