金属在海水中的腐蚀速度不仅与金属本身的成分与结构有关,也与海水的环境因素密切相关。海水是复杂的电解质体系,海水环境因素(如温度、含氧量等)随海域,深度和季节等条件改变而发生很大的变化,导致金属的腐蚀速度随环境因素而变化。
金属在海水中的腐蚀,影响因素很多,包括化学、物理和生物等因素。
海水中金属的腐蚀
化学因素
1、溶解氧。海水溶解氧的含量越多,金属的腐蚀速度越快。但对于铝和不锈钢一类金属,当其被氧化时,表面形成一层薄氧化膜,保护金属不再被腐蚀,即保持了钝态。此外,在没有溶解氧的海水中,铜和铁几乎不受腐蚀。
2、盐度。海水含盐量较高,其中所含的钙离子和镁离子,能够在金属表面析出碳酸钙和氢氧化镁的沉淀,对金属有一定的保护作用。河口区海水的盐度低,钙和镁的含量较小,金属的腐蚀性增加。海水中的氯离子能破坏金属表面的氧化膜,并能与金属离子形成络合物,后者在水解时产生氢离子,使海水的酸度增大,使金属的局部腐蚀加强。
3、酸碱度。用pH值表示。pH值越小,酸性越强,反之亦然。海水的pH值通常变化甚小,对金属的腐蚀几乎没有直接影响。但在河口区或当海水被污染时,pH值可能有所改变,因而对腐蚀有一定的影响。
物理因素
1、流速。海水对金属的相对流速增大时,溶解氧向阴极扩散得更快,使金属的腐蚀速度增加。特别是当海水流速很大,或者它对金属的冲击很强时,海水中产生气泡,就发生空泡腐蚀,其破坏性更强。船舶螺旋推进器的叶片,往往因空泡腐蚀而损坏。
2、潮汐。海水中裸钢桩的腐蚀,可表明潮水涨落的影响。靠近海面的大气中,有多量的水分和盐分,又有充足的氧,对金属的腐蚀性比较强。因此,在平均高潮线上面海水浪花飞溅到的地方(飞溅区),金属表面经常处于潮湿多氧的情况下,腐蚀最为严重。在平均高潮线和平均低潮线之间为潮差区,金属的腐蚀性差别很大,由高潮线向下,腐蚀速度逐渐下降。总的说来,在平均中潮线以上的腐蚀比较严重。
3、温度。水温升高,会使腐蚀加速。但是温度升高,氧在海水中的溶解度降低,使腐蚀减轻。这两方面的效果相反。
生物因素
许多海洋生物常常附着在海水中的金属表面上。钙质附着物对金属有一定的保护作用,但是附着的生物的代谢物和尸体分解物,有硫化氢等酸性成分,却能加剧金属的腐蚀。另外,藤壶等附着生物在金属表面形成缝隙,这时隙内水溶液的含氧量比隙外海水少,构成了氧的浓差电池,使隙内的金属受腐蚀,这就是金属的缝隙腐蚀。铜及其合金被腐蚀时,放出有毒的铜离子,能够阻止海洋生物在金属表面附着生殖,从而免受进一步的腐蚀。此外,存在于海水中和淤泥中的硫酸盐还原菌,能将硫酸盐还原成硫化物,后者对金属有腐蚀作用。
海洋的腐蚀环境大概分为以下几类:海洋大气区、飞溅区、海水潮差带、海水全浸带、海泥带。海洋大气区是金属主要受其表面所沉积盐类的影响,海轮更容易腐蚀,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,容易发生电化学腐蚀。处在海洋飞溅带的材料常被饱和空气的海水所湿润,与海洋大气带类似,在该区带没有附着生物,但含盐粒子量及海水干湿交替程度均比海洋大气带大。飞溅带式腐蚀最严重的区带。潮差带的金属表面也经常同充气的海水接触,潮汐、海流运动造成金属表面干湿交替,加剧腐蚀。潮差有海生物附着,对一般钢铁结构物来说得到局部保护,但对不锈钢等却因缺氧造成局部腐蚀。钢在海泥区的腐蚀比在海水中缓慢,而且由于氧气供应不足而易极化。
责任编辑:刘传
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