金属材料在模拟深海中的腐蚀电位

金属材料在模拟深海中的腐蚀电位

乔春楠

哈尔滨哈飞工业有限责任公司  黑龙江省哈尔滨市  150066

摘要：深海是人类资源的瑰宝，随着深海工程技术的发展，深海环境对金属材料腐蚀的影响越来越受到人们的关注。深海环境对材料的结构和功能可靠性的要求比陆地和浅海环境高得多，在陆地和浅海环境中，潜在的材料腐蚀破坏现象可能导致严重的工程事故，其损失可能远远超过腐蚀研究的成本。当今深水工程设施腐蚀与防护面临的主要问题是，与深水工程材料相关的腐蚀参数数据不足，尤其是与腐蚀电位相关的数据不足。

关键词：金属材料；模拟深海；腐蚀电位

引言

钛具有广泛的强度、优良的动力性能、高对比度、优良的腐蚀性能、良好的可加工性和焊接标志，是海洋技术领域的广泛应用，如船舶建筑、动力系统、电力系统、辅助系统和专用设备。但是，在与船舶建造相结合使用钛时，存在一定的电压降风险，从而危及船舶的结构、系统和设备。船舶船体结构区域通常采用被动防护技术，在该技术中，机身零件被被动电气区腐蚀。当钛装置或组件直接接触到受保护的船体时，氢会从对钛的被动反应集中，导致电压下降。

1化工产品腐蚀造成的经济损失

当下，化学制品有着应用广泛的特性，各种化学制品逐渐渗入了生活中。相关研究指出，世界范围内，每年大约有10%的钢铁成为废物，其主要成因就是腐蚀，部分关键化学装置因此还会引起负面影响。国内由于腐蚀原因而造成的经济损失已超过了200亿元。根据统计资料指出：金属腐蚀将会造成国民经济巨大的损失，一方面会导致国内生产总值减少，另一方面还会造成国民经济发展的缓慢。为此，许多化工厂家也在开展产品锈蚀、产品防腐对策方面的分析，力图迅速处理有关问题，以最大程度地增加公司效益、减少生产成本。

2深海环境下腐蚀影响因素

2.1溶解氧含量

海水中的溶液法在深海设施的侵蚀中起着重要作用。氧气是一种偏振镜，对金属的化学成分反应消极，在解决深海氧气含量时使许多材料腐烂。海水中溶解氧含量的比例一般为0-9mg/L，由于地表水运动和海洋植物光合作用的共同作用，地表溶解氧含量几乎饱和。随着海水中腐烂的微生物消耗海水中的氧气，随着海水深度的增加，氧气溶液会下降，以尽量减少300-1000米范围内的盐分；随着海水深度的增加，由于部分氧气过剩，氧气含量增加，低于1000米的氧气含量也逐渐增加。

2.2温度

海洋中随着海水温度的上升，海水温度逐渐下降，相关研究表明，海水温度在500米深10摄氏度，2000米深2摄氏度，5000米深1摄氏度左右。海水温度升高，阴极和阳极过程的反应速度加快，氧气的扩散速度加快，海水的电导率提高，腐蚀过程促进。随着海水温度的升高，海水的溶解氧含量降低，有助于形成保护性石灰垢，减缓碳钢对海水的腐蚀。研究表明，温度约为23℃时腐蚀率最高，深海海水温度在23℃以下时，碳钢和低合金钢的腐蚀速度会随着深度的增加而减少。

3腐蚀电位变化特征

碳钢和低合金钢能在模拟深海迅速达到稳定的潜力，比输出电压略负。整个试验期间耐腐蚀电压波动较小。该结果与实际浅水区发生腐蚀性电变化的方式有很大不同。不锈钢、低合金钢的耐腐蚀潜力可能受到表面氧化物和生锈层的影响，在这种情况下，陶统初期的腐蚀潜力降低，提高到稳定的潜力。原因是压力波中的试验环境需要一定的时间才能达到设定点，而高压孔中的初始高压和低合金钢表面的破坏速度加快，因此在试验开始时无法监测耐腐蚀电的快速负相。试验期越长，高压波消耗的氧气越少，电容器腐蚀速度越慢，因为海水和材料中的微生物被腐蚀；整个试验期间，既没有产生碳钢，也没有产生低合金钢表面，铁的阳极太阳反应也没有受到严重抑制，腐蚀潜力也没有移动。此外,进行试验的几种材料的腐蚀电位由大到小依次为:9100>E690>E460>Q345>Q235,即高含Cr、Ni等合金元素材料的腐蚀电位较正,低含Cr、Ni等合金元素材料的腐蚀电位较负,这一规律与其在浅表海水中的腐蚀电位规律基本相同。

4深海材料应用

目前，深海设备主要使用金属和非金属材料。金属主要用于深层潜水设备、管道等，包括高强度钢和合金，合金主要由钛、镍金属、铝合金和铜合金组成。20世纪中叶以来，美国、日本、英国、俄罗斯开发了深海附件钢铁平台，主要用于美国的HY80、HY100和HY130，主要用于日本的NS-30、NS-46、NS63、NS-80、NS-90和NS-110，而英国主要用于QT-28、QT-35、Q1N和Q2N，即AK-25、AK。我们还开发了400、450、600和800MPa系列高性能合金。除了高性能钢之外，钛由于密度低、强度强、温度高、侵蚀、镁合金、声学和振动等原因，已成为深海设备最先进的建筑材料之一，正在各国广泛应用。俄罗斯有一个特殊的钛合金家族，它是世界上第一个生产坚固的钛潜艇外壳的国家。用钛制造潜艇的技术在世界上领先于用Alpha攻击潜艇和多边塞浦路斯u潜艇开发潜艇，这些潜艇是用深度高达800-900米的钛合金建造的。另外，世界各国目前的深海潜水器的耐压壳体也多采用钛合金建造，如美国的“海崖”号深潜器、日本的“深海6500”、法国的“鹦鹉螺”号、俄罗斯的“和平”号以及我国的“蛟龙”号深潜器。

5应力腐蚀敏感性

Ｔｉ８0钛合金在空气中的屈服强度（Ｒｐ0.2）和抗拉强度（Ｒｍ）最高，分别为72９ＭＰａ和９2８ＭＰａ，断后伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）分别为10．77％和5４．36％；Ｔｉ75钛合金在空气中的屈服强度和抗拉强度次之，分别为630ＭＰａ和761ＭＰａ，断后伸长率和断面收缩率分别为15．01％和50．65％；Ｔｉ31钛合金在空气中的屈服强度和抗拉强度略低于Ｔｉ75钛合金，分别为620ＭＰａ和710ＭＰａ，断后伸长率和断面收缩率分别为13．16％和60．25％。开路电位及不同阴极极化电位下，3种钛合金的屈服强度和抗拉强度变化不大。从断后伸长率来看，3种钛合金均呈现相同的规律，即：在模拟深海环境中开路电位下的结果小于其在空气中的结果，在极化电位下的结果小于其在开路电位下的结果，随着极化电位的负移，断后伸长率减小。这说明极化电位作用下，3种钛合金的应力腐蚀敏感性增加，且随极化电位负移而进一步增加。

结束语

(1)金属材料在模拟深海环境中的腐蚀电位变化规律为:碳钢、低合金钢、铝合金、铜合金及铝阳极均迅速达到稳定电位,电位波动较小;不锈钢和镍基合金在试验初期的腐蚀电位较正,随着浸泡时间的延长,腐蚀电位明显减小,电位变化幅度较大。(2)金属材料在模拟深海环境中仅存在一个稳定电位,稳定腐蚀电位从低到高顺序大致为:铝阳极、铝合金、碳钢、低合金钢、高强不锈钢、铜合金、不锈钢、镍基合金。

参考文献

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