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海洋环境腐蚀(海洋环境腐蚀阴极保护的经济性)

来源:www.ascsdubai.com   时间:2023-02-20 01:35   点击:159  编辑:jing 手机版

1. 海洋环境腐蚀阴极保护的经济性

阳极材料按用途主要分为三类:1.铝合金牺牲阳极:多用于海洋或容器(储罐)内阴极保护2.锌合金牺牲阳极:多用于土壤环境,应用条件土壤电阻率≤15Ω·m3.镁合金牺牲阳极:多用于土壤环境,应用条件土壤电阻率≥15Ω·m工程中常用的牺牲阳极材料主要有镁和镁合金、锌和锌合金、铝合金三大类。在个别工程项目中,由于情况特殊而采用了铁阳极或锰阳极作为牺牲阳极进行阴极保护。镁基牺牲阳极因具有很负的开路电位和很大的驱动电压等性能而广泛的应用于土壤、海水、海泥及工业水中对金属结构物进行阴极保护。但它的电流效率低,是一大缺点。锌基牺牲阳极的开路电位不如镁基阳极那么负,驱动电压不大,但它仍能在低电阻率土壤、海水、海泥环境中广泛用于牺牲阳极保护。铝基牺牲阳极的开路电位比锌基阳极略负,它的理论电容量远高于锌基和镁基阳极,具有独特的性能。但是它是易于钝化的金属材料,在其表面容易产生致密、附着性好的连续氧化膜,甚至产生一层高电阻硬壳,阻碍金属的活化溶解。目前铝基阳极广泛应用于海水中保护舶、平台、码头等海洋结构物,在海泥(海底管道)、盐水系统也获得了成功的应用,但尚不能应用于土壤环境中。镁是典型的轻金属,原子序数12,相对原子质量24.31,密度1.74g/cm,化合价2,熔点651℃.镁的标准电极电位-2.37(SHE)。镁的特点是:密度小具有较高的化学活泼性;电极电位很负;极化率低;驱动电位大,对铁的驱动电位可达0.6V以上;理论电容量大。在镁阳极表面不易形成屏蔽性保护膜。镁和镁合金系列牺牲阳极,电流效率很低一般只有50%左右。在镁表面易形成较为强烈的腐蚀原电池作用,导致自溶解速率较大。此外,这种材料如遇碰撞易产生火花等特点,也限制了它在高安全区性能区域的应用,例如:油轮、敏感的易燃易爆区等特定场所。锌是一种普通的重金属,原子序数30,相对原子质量65.37,密度7.14g/cm,化合价2,熔点420℃。锌的标准电极电位为-0.76V(SHE),高纯锌在海水中的稳定电位为-0.82V(SHE)。这是一种较活泼的金属,相对于钢铁及常用的金属结构材料而言是负电性的。锌阳极在高电阻的土壤中或淡水中不太适用,通常多用于海水,、某些化学介质和低电阻率的土壤或滩涂地。锌和锌合金阳极理论发电量较小,但它作为牺牲阳极的电流效率是很高的,在海水中可达95%,在土壤中也可达到65%以上。铝也是一种典型的轻金属,原子序数13,相对原子质量26.98,密度2.7g/cm,熔点660℃。铝的标准电极电位为-1.66V(SHE),海水中的稳定电位约为-0.53(SHE)。铝的理论电容量为2970A·h/kg,是锌的3.6倍,镁的1.35倍。铝的原料易得,制作工艺较简单价格低廉,是发展牺牲阳极的良好材料。

2. 海洋腐蚀环境的分类

第一部分包括腐蚀分类、电化学腐蚀热力学、电化学腐蚀动力学、电化学测量技术;

第二部分是防护技术,包括常用耐蚀材料及其在海洋环境中的耐蚀性、表面处理与涂层技术、缓蚀剂、电化学保护和海洋生物污损与防污技术;

第三部分包括腐蚀试验方法,腐蚀检测、监测与评价等。

3. 海洋腐蚀的危害

船舶长期处于海洋环境中,腐蚀极为严重,而腐蚀速度与海水的流运速度、气泡、温度、冲击性以及海水所含微生物等因素都有极为密切的关系。船体在海水吕的腐蚀主要有电化学腐蚀、机械作用腐蚀、生物腐蚀和化学腐蚀几种,其中最主要的是电化学腐蚀,即在腐蚀过程中有微电流产生。

发生在船体钢结构上的电化学腐蚀

1.氧的浓差电池作用

由于氧有夺取电子的能力,且水面的氧较水下的氧多,故近水面部分的金属得到电子成为阴极,而水中部分的金属失去电子成为阳极而发生腐蚀。腐蚀发生后,缝隙或缺口处的氧多,而底部氧少,从而底部继续腐蚀,最后成为锈坑或锈穿。

2.两种不同金属或钢种的腐蚀

在海水中,两种不同成分的金属接触时,电势较低的金属成为阳极发生腐蚀,例如铆钉和焊缝处容易锈蚀,原因即在于此。

3.氧化皮引起的腐蚀

由于氧化皮的电极电位比钢铁约高0.26V,所以成为阴极,而钢铁本身成为阳极发生腐蚀。

4.涂膜下的腐蚀

由于实际上涂膜表面有微孔存在,所以海水仍可缓慢穿过涂膜产生电化学腐蚀。此时,含涂膜的部分成为阴极,不含涂膜的部分成为阳极而发生腐蚀,所以使涂膜鼓起破坏。在涂膜未损环或失效时,这一过程是缓慢的。

涂漆前未除尽的氧化皮、锈蚀物、污物、水分、盐类等,在涂膜下加速腐蚀进程,破坏涂膜。涂装时漏涂等施工缺陷也会加速腐蚀进程,从而过早破坏涂膜。涂膜损坏后,将产生前述各种腐蚀,这种腐蚀速度比未涂漆时更快。

5.杂散电流引起的腐蚀

由于供电或电焊时,违反操作规程,产生漏电,从而使船体变成一个巨大的阳极,产生大规模的腐蚀。这种腐蚀是非常惊人的,例如,某厂建造的四艘海船,出厂一年,6mm的钢板几乎全部烂穿。

机械作用腐蚀

机械作用的腐蚀包括腐蚀作用和机械磨损,两者相互加速。其中包括冲击腐蚀,这是由于液体湍流或冲击所造成的;空泡腐蚀,高速流动的液体,因不规则流动,产生空泡,形成“水锤作用”,常常破坏金属表面的保护膜,加速腐蚀作用,如螺旋桨、泵轴等处易发生;微振磨损腐蚀,两个紧接着的表面相互振动而引起的磨损;应力腐蚀开裂,是在拉伸应力的腐蚀介质作用下的金属腐蚀破坏,金属内会产生沿晶或穿晶的裂纹。

生物腐蚀生物腐蚀是由海洋生物在船度附着引起的,这种腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。由于海洋生物在船度的附着,破坏了漆膜,造成局部电化学腐蚀;由于微生物的新陈代谢作用,分泌出具有侵蚀性的产物如C02/NH4OH/H2S等以及其他有机酸和无机酸引起钢板的腐蚀作用。本文编辑:进口铝板

4. 海洋环境的腐蚀情况可分为五大区

指工业区、沿海和化工厂等污染程度或盐雾大的地方。

根据ISO12944-2中定义的不同等级的腐蚀环境分别是:边远地区、低污染的地区和有暖气的建筑内部等是Cl和C2环境;中等程度的污染区,如二氧化硫含量高、湿度高的生产区域是C3环境;工业区、沿海和化工厂等污染程度或盐雾大的地方可以视作是C4环境,典型的如火力发电厂、滨海建筑物等;高湿度的工业区,污染特别厉害的地方可以确定为C5-Ⅰ工业腐蚀环境,高湿度加上高盐度就是C5-M海洋腐蚀环境。

5. 海洋腐蚀环境理论及其应用

在ISO标准中,腐蚀环境被分为6类,其中海洋环境的腐蚀等级最高。受海水飞沫中含有的氯化钠颗粒的影响,近海200米以内的陆地环境上的腐蚀也属于海洋腐蚀环境的范畴。

海洋环境中的腐蚀主要有化学腐蚀、生物腐蚀、机械作用腐蚀和电化学腐蚀,这些腐蚀一般是同时进行的。其中,对材料影响最大的是电化学腐蚀。海水是良好的导电介质,大多数金属在海水中腐蚀速率很大。

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