深海環(huán)境下金屬腐蝕與防護(hù)

1、1College of Materials Science and Technology深海環(huán)境中金屬的深海環(huán)境中金屬的腐蝕與防護(hù)腐蝕與防護(hù)2College of Materials Science and Technology3College of Materials Science and Technology4College of Materials Science and Technology金屬的腐蝕金屬的腐蝕 全世界每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材全世界每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的料，約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/31/3。 全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)

2、損全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)萬億美元，約占各國國內(nèi)生產(chǎn)總值（失約達(dá)萬億美元，約占各國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDPGDP）的）的2%2%4%4%，是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)，是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的倍。害造成損失總和的倍。5College of Materials Science and Technology研究深海金屬腐蝕與防護(hù)的意義研究深海金屬腐蝕與防護(hù)的意義軍事軍事6College of Materials Science and Technology科研科研經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)研究深海金屬腐蝕與防護(hù)的意義研究深海金屬腐蝕與防護(hù)的意義7College of Materials

3、 Science and Technology金屬腐蝕簡介金屬腐蝕簡介8College of Materials Science and Technology金屬腐蝕簡介金屬腐蝕簡介9College of Materials Science and Technology金屬腐蝕的本質(zhì)金屬腐蝕的本質(zhì)本質(zhì)是：金屬失去電子被氧化本質(zhì)是：金屬失去電子被氧化金屬陽離子金屬陽離子失失e e氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)金屬原子金屬原子金屬腐蝕簡介金屬腐蝕簡介10College of Materials Science and Technology析氫腐蝕吸氧腐蝕條件電極反應(yīng)聯(lián)系Fe2O3 nH2O（鐵銹）（鐵銹）通常兩

4、種腐蝕同時(shí)存在，但以后者更普遍。通常兩種腐蝕同時(shí)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。負(fù)極負(fù)極Fe(- )Fe-2e- =Fe2+2Fe-4e- =2Fe2+正極正極C(+)2H+2e- =H2O2+2H2O+4e- =4OH-總反應(yīng)總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2+ +H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3CO2+H2O H2CO3 H+HCO 3- 金屬腐蝕簡介金屬腐蝕簡介11College of Materials Science and Technology負(fù)極：負(fù)極：Fe2e-F

5、e2+正極：正極：2H+2e- H2總反應(yīng)：總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2+ +H2 負(fù)極：負(fù)極：2Fe 4e- 2Fe2+正極：正極：2H2O+O2+4e- 4OH-總反應(yīng)：總反應(yīng)：2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3= Fe2O3 nH2O+(3-n)H2O鋼鐵的鋼鐵的鋼鐵的鋼鐵的金屬腐蝕簡介金屬腐蝕簡介12College of Materials Science and Technology金屬防腐常用方法金屬防腐常用方法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%的氯化物鹽溶液。幾乎的氯化物鹽溶液。幾乎含有地殼中所有的自然狀態(tài)的元素。海水中含含有地殼中所有的自然狀態(tài)的元素。海水中含氧量大，表層海水可以認(rèn)為被氧飽和，隨溫度氧量大，表層海水可以認(rèn)為被氧飽和，隨溫度變化，氧含量在變化，氧含量在5 10mg/L5 10mg/L范圍。范圍。 pHpH：7.5 7.5 8.6 8.6，呈微堿性。，呈微堿性。 溫度：溫度： -2 35-2 35 C C 電導(dǎo)率高電導(dǎo)率高15College of Materials Science and

7、Technology15海洋的腐蝕環(huán)境大致可分海洋的腐蝕環(huán)境大致可分為以下幾類：為以下幾類：1 1、海洋大氣區(qū)、海洋大氣區(qū)2 2、飛濺區(qū)、飛濺區(qū)3 3、海水潮差帶、海水潮差帶4 4、海水全浸帶、海水全浸帶5 5、海泥帶、海泥帶16College of Materials Science and Technology 深海定義：按照中國大百科全書的定深海定義：按照中國大百科全書的定義義, ,深海是指深海是指200200米以下的海洋環(huán)境米以下的海洋環(huán)境, ,與淺海相與淺海相比比, ,深海環(huán)境下的溫度、靜水壓力、含氧量、深海環(huán)境下的溫度、靜水壓力、含氧量、pHpH、含鹽量、流速、生物環(huán)境等一系列與材

8、、含鹽量、流速、生物環(huán)境等一系列與材料腐蝕相關(guān)的因素都發(fā)生了明顯的改變。料腐蝕相關(guān)的因素都發(fā)生了明顯的改變。17College of Materials Science and Technology 含氧量：含氧量： 隨海水深度的增加隨海水深度的增加,溶解氧含量先減少后增加溶解氧含量先減少后增加,300一一1000m深海海水含氧量深海海水含氧量相對(duì)較低相對(duì)較低,I000m以下海水含氧量增加。以下海水含氧量增加。 溫度：溫度： 隨水深的增加海水溫度逐漸降低隨水深的增加海水溫度逐漸降低,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溫度下降速度減小溫度下降速度減小,低于這個(gè)深

9、度溫度幾乎恒定在低于這個(gè)深度溫度幾乎恒定在0上下幾度范圍內(nèi)上下幾度范圍內(nèi),4000m以以下溫度分布均勻下溫度分布均勻,整個(gè)大洋水溫差不過整個(gè)大洋水溫差不過3左右。左右。 靜水壓力：靜水壓力： 在海水溫度、鹽度和海水密度不變的條件下在海水溫度、鹽度和海水密度不變的條件下,海水深度每增加海水深度每增加100m,靜水壓靜水壓力增加力增加1MPa,隨海水深度的增加隨海水深度的增加,靜水壓力呈線性增加靜水壓力是深海區(qū)別于淺靜水壓力呈線性增加靜水壓力是深海區(qū)別于淺海海水一個(gè)重要的因素。海海水一個(gè)重要的因素。18College of Materials Science and Technology pH p

10、H： 隨海水深度的增加隨海水深度的增加,海水海水pH值變化不大值變化不大,一般穩(wěn)定在一般穩(wěn)定在7.5一一8.2之間。之間。 含鹽量：含鹽量： 海水的含鹽量在整個(gè)海洋中變化很小海水的含鹽量在整個(gè)海洋中變化很小,總體來說為總體來說為3.3%一一3.7%,從腐蝕的角從腐蝕的角度來看這樣的變化可以忽略。度來看這樣的變化可以忽略。 流速和波浪：流速和波浪： 海水流速是個(gè)復(fù)雜的變量海水流速是個(gè)復(fù)雜的變量,隨著地域和深度的不同而有所差異隨著地域和深度的不同而有所差異,通常海洋深通常海洋深層和近海底的洋流要比表面洋流緩慢。層和近海底的洋流要比表面洋流緩慢。 生物污損生物污損 在表層海水環(huán)境下在表層海水環(huán)境下,

11、海洋生物對(duì)材料及構(gòu)件的腐蝕非常嚴(yán)重海洋生物對(duì)材料及構(gòu)件的腐蝕非常嚴(yán)重,隨海水深度的隨海水深度的增加增加,海生物數(shù)量急劇降低，生物污損減輕。海生物數(shù)量急劇降低，生物污損減輕。19College of Materials Science and Technology深海環(huán)境金屬腐蝕的實(shí)驗(yàn)方法深海環(huán)境金屬腐蝕的實(shí)驗(yàn)方法實(shí)海暴漏實(shí)驗(yàn)法實(shí)海暴漏實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)法20College of Materials Science and Technology21College of Materials Science and Technology靜水壓力對(duì)深海工程涂料防護(hù)性能的影響靜水壓力對(duì)

12、深海工程涂料防護(hù)性能的影響22College of Materials Science and Technology 結(jié)果表明結(jié)果表明: 與與 0.1MPa 海水浸泡相比，在海水浸泡相比，在 3.5 MPa 靜水靜水壓力條件下涂層具有不同的吸水特征壓力條件下涂層具有不同的吸水特征; 涂層與金屬基體間的涂層與金屬基體間的附著力逐漸降低，涂層防護(hù)性能的劣化過程明顯加快。附著力逐漸降低，涂層防護(hù)性能的劣化過程明顯加快。23College of Materials Science and Technology靜水壓力下靜水壓力下Q235鋼環(huán)氧涂層在鋼環(huán)氧涂層在3.5%NaCl溶液中的失效過程溶液中的失

13、效過程 利用電化學(xué)阻抗譜（利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）研究了一種適用于深海環(huán)境）研究了一種適用于深海環(huán)境的重防護(hù)環(huán)氧涂料在的重防護(hù)環(huán)氧涂料在3.5%NaCl溶液中常壓以及溶液中常壓以及3.5MPa下的下的破壞機(jī)制探討了靜水壓力對(duì)涂層失效過程的影響。破壞機(jī)制探討了靜水壓力對(duì)涂層失效過程的影響。24College of Materials Science and Technology常壓下涂層浸入不同時(shí)間的交流阻抗圖3.5MPa下涂層浸入不同時(shí)間的交流阻抗圖25College of Materials Science and Technology 結(jié)果表明，靜水壓力加速了電解質(zhì)溶液在涂層中的滲透，結(jié)

14、果表明，靜水壓力加速了電解質(zhì)溶液在涂層中的滲透，對(duì)涂層的失效過程有著明顯的影響。與常壓相比，靜水壓力對(duì)涂層的失效過程有著明顯的影響。與常壓相比，靜水壓力下涂層電阻更小，涂層的失效過程更快；涂層金屬界面的電下涂層電阻更小，涂層的失效過程更快；涂層金屬界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻更小，界面處金屬腐蝕反應(yīng)更快，涂層下金屬基荷轉(zhuǎn)移電阻更小，界面處金屬腐蝕反應(yīng)更快，涂層下金屬基體更容易發(fā)生腐蝕，涂層的防護(hù)性能變差。體更容易發(fā)生腐蝕，涂層的防護(hù)性能變差。26College of Materials Science and Technology循環(huán)壓力對(duì)環(huán)氧涂層在模擬深海環(huán)境中循環(huán)壓力對(duì)環(huán)氧涂層在模擬深海環(huán)境中失效行

15、為的研究失效行為的研究 在模擬深海環(huán)境下，利用電化學(xué)阻抗技術(shù)并結(jié)合重量法，在模擬深海環(huán)境下，利用電化學(xué)阻抗技術(shù)并結(jié)合重量法，研究了循環(huán)壓力對(duì)純環(huán)氧涂層在研究了循環(huán)壓力對(duì)純環(huán)氧涂層在3.5mass%NaCl溶液中失溶液中失效行為的影響。效行為的影響。 進(jìn)行了進(jìn)行了0/3.5MPa和和0/6.3MPa的對(duì)比試驗(yàn)，的對(duì)比試驗(yàn)，27College of Materials Science and Technology不同壓力條件下涂層吸水率變化圖28College of Materials Science and Technology 結(jié)果表明，循環(huán)壓力條件下，涂層的阻抗行為呈周期性結(jié)果表明，循環(huán)壓力

16、條件下，涂層的阻抗行為呈周期性變化規(guī)律：在高壓條件下浸泡時(shí)，有機(jī)涂層電容較高，涂層變化規(guī)律：在高壓條件下浸泡時(shí)，有機(jī)涂層電容較高，涂層電阻較低；而常壓條件下兩者都較高。循環(huán)壓力增大，腐蝕電阻較低；而常壓條件下兩者都較高。循環(huán)壓力增大，腐蝕介質(zhì)更容易擴(kuò)散到涂層內(nèi)部，是得涂層吸水量增加，涂層電介質(zhì)更容易擴(kuò)散到涂層內(nèi)部，是得涂層吸水量增加，涂層電阻降低，涂層防護(hù)性能惡化。阻降低，涂層防護(hù)性能惡化。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