海洋工程材料腐蝕監(jiān)測與防護(hù)技術(shù)

摘 要：隨著海洋事業(yè)的蓬勃與繁榮，海洋工程材料腐蝕問題也日漸突出，成為限制海洋事業(yè)進(jìn)一步健康發(fā)展的瓶頸問題。海洋工程材料腐蝕問題的應(yīng)對方式主要有提高材料抗腐蝕性能以及做好材料腐蝕監(jiān)測兩種。文章針對海洋工程材料腐蝕監(jiān)測和防護(hù)有關(guān)問題進(jìn)行探討，簡要介紹了材料腐蝕監(jiān)測技術(shù)的基本內(nèi)容，就如何提高海洋工程金屬材料抗腐蝕性能進(jìn)行了著重闡述。

關(guān)鍵詞：海洋；工程材料；腐蝕；監(jiān)測；防護(hù)

引言

我國擁有漫長的海岸線，海洋資源極為豐富，由此帶動(dòng)了海洋運(yùn)輸、漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、礦業(yè)等產(chǎn)業(yè)的繁榮。每年都有大量船舶、海洋平臺、港口設(shè)施投入到使用中去。金屬材料是海洋工程設(shè)施、設(shè)備的重要原材料。由于海水中富有大量鹽分，金屬材料腐蝕速度較陸地使用條件下快。這就給海洋工程材料的抗腐蝕性提出了更高的要求。海洋環(huán)境下金屬氧化還原反應(yīng)速度加快，腐蝕程度加深，不僅縮短海洋設(shè)施、設(shè)備使用壽命，降低使用品質(zhì)和工作效率，造成經(jīng)濟(jì)上的損失，更易引發(fā)安全事故，危及海洋事業(yè)的健康發(fā)展。因此，在日常工作中，必須加強(qiáng)海洋工程材料在使用過程中的腐蝕情況檢測，做好材料防腐保護(hù)，延長使用壽命，保障海洋工程設(shè)備、設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 腐蝕監(jiān)測技術(shù)概述

1.1 腐蝕監(jiān)測技術(shù)基本內(nèi)涵

設(shè)備、設(shè)施在使用條件下，其材質(zhì)因與某種、某些介質(zhì)接觸，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，當(dāng)腐蝕的速度較快，成為影響設(shè)備、設(shè)施正常使用的重要因素時(shí)，就需要對腐蝕情況進(jìn)行監(jiān)測，以確保設(shè)施、設(shè)備處于正常使用狀態(tài)。腐蝕監(jiān)測技術(shù)就是因此而形成的。腐蝕監(jiān)測技術(shù)以腐蝕速度及與之相關(guān)的重要因素為監(jiān)測對象，并以監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，對材料的生產(chǎn)、加工過程進(jìn)行調(diào)整、改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)對腐蝕態(tài)勢的控制。憑借腐蝕監(jiān)測，技術(shù)人員可以及時(shí)掌握設(shè)備材質(zhì)腐蝕情況，據(jù)此采取有效措施，對于風(fēng)險(xiǎn)防控十分重要。

1.2 腐蝕監(jiān)測方法的技術(shù)要求

經(jīng)過長時(shí)間的探索與實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)，用于腐蝕監(jiān)測的技術(shù)方法必須滿足以下幾個(gè)方面的要求：一是要具有較高的可靠性。腐蝕監(jiān)測不是一朝一夕可以完成的工作，需要經(jīng)年累月，長時(shí)間的對目標(biāo)進(jìn)行觀測、檢查，動(dòng)態(tài)獲取目標(biāo)腐蝕因素?cái)?shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)要符合精度的要求，具有策略重現(xiàn)性，可以以其為依據(jù)對腐蝕情況進(jìn)行判定。二是要不能對監(jiān)測對象造成損壞，監(jiān)測系統(tǒng)可以持續(xù)運(yùn)行，而不產(chǎn)生間斷。這主要是為了適應(yīng)高溫、高壓或放射性等條件下的需求。三是靈敏度要求較高，能夠迅速反映出監(jiān)測對象腐蝕因素的變換。整個(gè)測量、取值的過程越短越好，以便于實(shí)現(xiàn)報(bào)警和控制的自動(dòng)化。四是要便于維護(hù)。

1.3 腐蝕監(jiān)測方法的選擇要點(diǎn)

在選擇腐蝕監(jiān)測方法時(shí)，要以腐蝕系統(tǒng)為依據(jù)。對于監(jiān)測對象為全新的腐蝕系統(tǒng)，關(guān)于該種腐蝕的內(nèi)在機(jī)理以及相關(guān)影響因素尚處于不了解的情況下，要先在實(shí)驗(yàn)室中通過模擬試驗(yàn)來判斷其主要影響因素，再以此為依據(jù)確定監(jiān)測的方法。最終依照所選擇的監(jiān)測技術(shù)的機(jī)理來對腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。對于監(jiān)測對象為已知的腐蝕系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)運(yùn)作機(jī)理和主要影響因素都已經(jīng)明確，所以可以使用已經(jīng)證明適用的監(jiān)測方法進(jìn)行腐蝕監(jiān)測。

2 腐蝕控制技術(shù)分析

從根本上說，腐蝕監(jiān)測是為工程材料腐蝕控制工作提供服務(wù)的。目前，技術(shù)人員主要從以下幾個(gè)方向進(jìn)行腐蝕控制技術(shù)的開發(fā)研究：

一是從材料自身著手，具體的方法有選擇適宜的材料、減少金屬材料中的雜質(zhì)、加入必要的微量元素、熱處理等，以改進(jìn)金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高其抗腐蝕能力。二是從材料使用的環(huán)境著手。材料發(fā)生腐蝕，其本質(zhì)原因在于材料與周圍環(huán)境中的某種或某些介質(zhì)發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，通過調(diào)整材料所處環(huán)境，改變介質(zhì)特性，降低或消除其對材料的腐蝕性也是材料腐蝕控制的一個(gè)重要手段。常見方法有降低腐蝕介質(zhì)中氫、氧等極性物質(zhì)含量。三是設(shè)置防腐層。在材料表面敷設(shè)耐腐保護(hù)層，將材料與腐蝕介質(zhì)相隔離。常見的防腐層種類包括防腐涂料、橡膠、塑料等耐腐蝕性高的物質(zhì)。四是采用電化學(xué)保護(hù)。利用腐蝕本身的電化學(xué)竭力，設(shè)置陰極保護(hù)或陽極保護(hù)，抵消腐蝕對目標(biāo)材料的侵害。五是利用加工工藝的方法進(jìn)行防腐。常見的方法有除砂除雜、調(diào)節(jié)溫度、壓力、流速、流動(dòng)狀態(tài)、金屬結(jié)構(gòu)尺寸、增大腐蝕余量等措施。

下面對上述方法進(jìn)行逐一介紹、分析。

2.1 選擇合適的材料種類

不投材料性質(zhì)不同，在抗腐蝕方面的表現(xiàn)也不一樣。

（1）鋼鐵材料。鑄鐵、碳鋼和不銹鋼是當(dāng)前應(yīng)用最廣的三種鐵金屬材料。其中，鑄鐵在堿性環(huán)境中具有較好的抗腐蝕性能，因而廣泛應(yīng)用于海水泵、閥門等零部件加工生產(chǎn)領(lǐng)域。以鑄鐵為基材，添加適當(dāng)?shù)奈⒘吭兀梢缘玫蕉喾N具有針對性的抗腐蝕鑄鐵合金。碳鋼和普通低合金鋼更占據(jù)了海洋工程金屬材料中的絕大比例，具有造價(jià)低、方便使用、技術(shù)儲備豐富等優(yōu)點(diǎn)。

（2）銅與銅合金。銅與銅合金在力學(xué)性能、可成型性、導(dǎo)熱性以及海洋環(huán)境下抗腐蝕方面表現(xiàn)優(yōu)異。在各類銅合金中，白銅的耐腐蝕性最佳，因而在海水冷凝管、換熱器和儀器儀表部件加工方面應(yīng)用廣泛。

（3）鈦與鈦合金。鈦與鈦合金是當(dāng)前已知材料中在常溫海水環(huán)境下抗腐蝕性表現(xiàn)最好的一種，其在條件更為惡劣、復(fù)雜的污染海水、熱海水、流動(dòng)海水、海泥環(huán)境下同樣具有高品質(zhì)的抗腐蝕能力。常用于海水淡化裝置中的冷凝管、輸運(yùn)管道、海水換熱器、海水蒸發(fā)器、海水恒溫器、海水泵、耐海水船舶用管件工具的生產(chǎn)加工。

2.2 降低環(huán)境介質(zhì)腐蝕特性

該方法大體上包括兩個(gè)方向：一是通過一系列處理，降低或減少環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕因子，從而降低環(huán)境介質(zhì)對材料的腐蝕特性。從這個(gè)方法的機(jī)理上可以看到，該方法的實(shí)施效果受環(huán)境介質(zhì)規(guī)模影響，當(dāng)環(huán)境介質(zhì)過大時(shí)無法實(shí)現(xiàn)。常用的改變環(huán)境介質(zhì)的技術(shù)一類是直接減少環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕因子，比如常見的除潮、除塵、去氧、脫鹽、調(diào)控酸堿度等。另一類是在環(huán)境介質(zhì)中加入緩蝕劑。緩蝕劑是一種可以降低環(huán)境介質(zhì)對材料腐蝕速度的物質(zhì)。包括有機(jī)和無機(jī)兩種，其中，無機(jī)緩蝕劑又分為氧化性緩蝕劑和非氧化性緩蝕劑，前者如硝酸鹽、亞硝酸鹽，后者有磷酸鹽、硅酸鹽。有機(jī)緩蝕劑則包括胺類、醛類、雜環(huán)化合物、咪唑啉類和有機(jī)硫化物類等。

2.3 設(shè)置防護(hù)層

對于金屬制品來說，防護(hù)層根據(jù)防護(hù)層材質(zhì)不同，分為金屬鍍層和非金屬涂層兩種。其中，目前金屬鍍層的加工技術(shù)有擴(kuò)散滲鍍、噴鍍、電鍍、熱浸鍍層、金屬包覆、真空鍍膜、氣相沉積和陰極濺射等，實(shí)際工作中根據(jù)具體要求和條件選擇合適的技術(shù)予以實(shí)施。非金屬涂層的加工技術(shù)包括涂刷涂料、進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化膜和暫時(shí)性防護(hù)劑處理等。

3 結(jié)束語

海洋工程材料腐蝕監(jiān)測是一項(xiàng)長期工程。隨著我國綜合國力的增強(qiáng)，走出國門，走向藍(lán)海已經(jīng)成為我國今后發(fā)展的重要戰(zhàn)略。海洋事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對于海洋工程材料防腐和腐蝕監(jiān)測工作提出了越來越高的要求，而不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，也給海洋工程材料腐蝕監(jiān)測與防腐提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支持。工程技術(shù)人員要充分認(rèn)識到腐蝕監(jiān)測和防腐技術(shù)的重要意義和長期性，潛心努力，開拓創(chuàng)新，認(rèn)認(rèn)真真，扎扎實(shí)實(shí)地做好每一項(xiàng)工作，為我國海洋事業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

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