深海环境下金属腐蚀与防护

1、1College of Materials Science and Technology深海环境中金属的深海环境中金属的腐蚀与防护腐蚀与防护2College of Materials Science and Technology3College of Materials Science and Technology4College of Materials Science and Technology金属的腐蚀金属的腐蚀 全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的料，约相当于金属年产量的1/31/3。 全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济

2、损全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达万亿美元，约占各国国内生产总值（失约达万亿美元，约占各国国内生产总值（GDPGDP）的）的2%2%4%4%，是地震、水灾、台风等自然灾，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的倍。害造成损失总和的倍。5College of Materials Science and Technology研究深海金属腐蚀与防护的意义研究深海金属腐蚀与防护的意义军事军事6College of Materials Science and Technology科研科研经济经济研究深海金属腐蚀与防护的意义研究深海金属腐蚀与防护的意义7College of Materials

3、 Science and Technology金属腐蚀简介金属腐蚀简介8College of Materials Science and Technology金属腐蚀简介金属腐蚀简介9College of Materials Science and Technology金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质本质是：金属失去电子被氧化本质是：金属失去电子被氧化金属阳离子金属阳离子失失e e氧化反应氧化反应金属原子金属原子金属腐蚀简介金属腐蚀简介10College of Materials Science and Technology析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应联系Fe2O3 nH2O（铁锈）（铁锈）通常两

4、种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。负极负极Fe(- )Fe-2e- =Fe2+2Fe-4e- =2Fe2+正极正极C(+)2H+2e- =H2O2+2H2O+4e- =4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+ +H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3CO2+H2O H2CO3 H+HCO 3- 金属腐蚀简介金属腐蚀简介11College of Materials Science and Technology负极：负极：Fe2e-F

5、e2+正极：正极：2H+2e- H2总反应：总反应：Fe+2H+=Fe2+ +H2 负极：负极：2Fe 4e- 2Fe2+正极：正极：2H2O+O2+4e- 4OH-总反应：总反应：2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3= Fe2O3 nH2O+(3-n)H2O钢铁的钢铁的钢铁的钢铁的金属腐蚀简介金属腐蚀简介12College of Materials Science and Technology金属防腐常用方法金属防腐常用方法13College of Materials Science and Technology1

6、4College of Materials Science and Technology 海水近似看做海水近似看做3.5%3.5%的氯化物盐溶液。几乎的氯化物盐溶液。几乎含有地壳中所有的自然状态的元素。海水中含含有地壳中所有的自然状态的元素。海水中含氧量大，表层海水可以认为被氧饱和，随温度氧量大，表层海水可以认为被氧饱和，随温度变化，氧含量在变化，氧含量在5 10mg/L5 10mg/L范围。范围。 pHpH：7.5 7.5 8.6 8.6，呈微碱性。，呈微碱性。 温度：温度： -2 35-2 35 C C 电导率高电导率高15College of Materials Science and

7、Technology15海洋的腐蚀环境大致可分海洋的腐蚀环境大致可分为以下几类：为以下几类：1 1、海洋大气区、海洋大气区2 2、飞溅区、飞溅区3 3、海水潮差带、海水潮差带4 4、海水全浸带、海水全浸带5 5、海泥带、海泥带16College of Materials Science and Technology 深海定义：按照中国大百科全书的定深海定义：按照中国大百科全书的定义义, ,深海是指深海是指200200米以下的海洋环境米以下的海洋环境, ,与浅海相与浅海相比比, ,深海环境下的温度、静水压力、含氧量、深海环境下的温度、静水压力、含氧量、pHpH、含盐量、流速、生物环境等一系列与材

8、、含盐量、流速、生物环境等一系列与材料腐蚀相关的因素都发生了明显的改变。料腐蚀相关的因素都发生了明显的改变。17College of Materials Science and Technology 含氧量：含氧量： 随海水深度的增加随海水深度的增加,溶解氧含量先减少后增加溶解氧含量先减少后增加,300一一1000m深海海水含氧量深海海水含氧量相对较低相对较低,I000m以下海水含氧量增加。以下海水含氧量增加。 温度：温度： 随水深的增加海水温度逐渐降低随水深的增加海水温度逐渐降低,最初最初300m下降速度很快下降速度很快,再向下到再向下到I000m温度下降速度减小温度下降速度减小,低于这个深

9、度温度几乎恒定在低于这个深度温度几乎恒定在0上下几度范围内上下几度范围内,4000m以以下温度分布均匀下温度分布均匀,整个大洋水温差不过整个大洋水温差不过3左右。左右。 静水压力：静水压力： 在海水温度、盐度和海水密度不变的条件下在海水温度、盐度和海水密度不变的条件下,海水深度每增加海水深度每增加100m,静水压静水压力增加力增加1MPa,随海水深度的增加随海水深度的增加,静水压力呈线性增加静水压力是深海区别于浅静水压力呈线性增加静水压力是深海区别于浅海海水一个重要的因素。海海水一个重要的因素。18College of Materials Science and Technology pH p

10、H： 随海水深度的增加随海水深度的增加,海水海水pH值变化不大值变化不大,一般稳定在一般稳定在7.5一一8.2之间。之间。 含盐量：含盐量： 海水的含盐量在整个海洋中变化很小海水的含盐量在整个海洋中变化很小,总体来说为总体来说为3.3%一一3.7%,从腐蚀的角从腐蚀的角度来看这样的变化可以忽略。度来看这样的变化可以忽略。 流速和波浪：流速和波浪： 海水流速是个复杂的变量海水流速是个复杂的变量,随着地域和深度的不同而有所差异随着地域和深度的不同而有所差异,通常海洋深通常海洋深层和近海底的洋流要比表面洋流缓慢。层和近海底的洋流要比表面洋流缓慢。 生物污损生物污损 在表层海水环境下在表层海水环境下,

11、海洋生物对材料及构件的腐蚀非常严重海洋生物对材料及构件的腐蚀非常严重,随海水深度的随海水深度的增加增加,海生物数量急剧降低，生物污损减轻。海生物数量急剧降低，生物污损减轻。19College of Materials Science and Technology深海环境金属腐蚀的实验方法深海环境金属腐蚀的实验方法实海暴漏实验法实海暴漏实验法实验室模拟实验法实验室模拟实验法20College of Materials Science and Technology21College of Materials Science and Technology静水压力对深海工程涂料防护性能的影响静水压力对

12、深海工程涂料防护性能的影响22College of Materials Science and Technology 结果表明结果表明: 与与 0.1MPa 海水浸泡相比，在海水浸泡相比，在 3.5 MPa 静水静水压力条件下涂层具有不同的吸水特征压力条件下涂层具有不同的吸水特征; 涂层与金属基体间的涂层与金属基体间的附着力逐渐降低，涂层防护性能的劣化过程明显加快。附着力逐渐降低，涂层防护性能的劣化过程明显加快。23College of Materials Science and Technology静水压力下静水压力下Q235钢环氧涂层在钢环氧涂层在3.5%NaCl溶液中的失效过程溶液中的失

13、效过程 利用电化学阻抗谱（利用电化学阻抗谱（EIS）研究了一种适用于深海环境）研究了一种适用于深海环境的重防护环氧涂料在的重防护环氧涂料在3.5%NaCl溶液中常压以及溶液中常压以及3.5MPa下的下的破坏机制探讨了静水压力对涂层失效过程的影响。破坏机制探讨了静水压力对涂层失效过程的影响。24College of Materials Science and Technology常压下涂层浸入不同时间的交流阻抗图3.5MPa下涂层浸入不同时间的交流阻抗图25College of Materials Science and Technology 结果表明，静水压力加速了电解质溶液在涂层中的渗透，结

14、果表明，静水压力加速了电解质溶液在涂层中的渗透，对涂层的失效过程有着明显的影响。与常压相比，静水压力对涂层的失效过程有着明显的影响。与常压相比，静水压力下涂层电阻更小，涂层的失效过程更快；涂层金属界面的电下涂层电阻更小，涂层的失效过程更快；涂层金属界面的电荷转移电阻更小，界面处金属腐蚀反应更快，涂层下金属基荷转移电阻更小，界面处金属腐蚀反应更快，涂层下金属基体更容易发生腐蚀，涂层的防护性能变差。体更容易发生腐蚀，涂层的防护性能变差。26College of Materials Science and Technology循环压力对环氧涂层在模拟深海环境中循环压力对环氧涂层在模拟深海环境中失效行

15、为的研究失效行为的研究 在模拟深海环境下，利用电化学阻抗技术并结合重量法，在模拟深海环境下，利用电化学阻抗技术并结合重量法，研究了循环压力对纯环氧涂层在研究了循环压力对纯环氧涂层在3.5mass%NaCl溶液中失溶液中失效行为的影响。效行为的影响。 进行了进行了0/3.5MPa和和0/6.3MPa的对比试验，的对比试验，27College of Materials Science and Technology不同压力条件下涂层吸水率变化图28College of Materials Science and Technology 结果表明，循环压力条件下，涂层的阻抗行为呈周期性结果表明，循环压力

16、条件下，涂层的阻抗行为呈周期性变化规律：在高压条件下浸泡时，有机涂层电容较高，涂层变化规律：在高压条件下浸泡时，有机涂层电容较高，涂层电阻较低；而常压条件下两者都较高。循环压力增大，腐蚀电阻较低；而常压条件下两者都较高。循环压力增大，腐蚀介质更容易扩散到涂层内部，是得涂层吸水量增加，涂层电介质更容易扩散到涂层内部，是得涂层吸水量增加，涂层电阻降低，涂层防护性能恶化。阻降低，涂层防护性能恶化。29College of Materials Science and Technology30College of Materials Science and Technology31College of

17、Materials Science and Technology32College of Materials Science and Technology33College of Materials Science and Technology34College of Materials Science and Technology35College of Materials Science and Technology36College of Materials Science and Technology37College of Materials Science and Technolo

18、gy38College of Materials Science and Technology39College of Materials Science and Technology40College of Materials Science and Technology41College of Materials Science and Technology42College of Materials Science and Technology43College of Materials Science and Technology44College of Materials Science and Technology45College