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深海特殊环境下的腐蚀

深海特殊环境下的腐蚀
随着人类对海洋资源的利用逐步走向深入，海洋开发的规模也不
断扩大，但是由于海洋环境是一
个腐蚀性很强的复杂的灾害环境，各种材料在海洋环境中极易发
生劣化破坏，据统计数据表明世界各国每
年因腐蚀造成的直接经济损失约占其国民生产总值的2％一4％，
而海洋腐蚀的损失约占总腐蚀的1／3。
尽管如此，如果我们的防护工作做得好，其中25％～40％的损失
可以得到有效避免。
由于种种原因，深海环境下的材料性能的原位研究的数据很少，
而能够见于公共报道的更是少之
又少。国内更是鲜有学者对深海条件下的腐蚀进行研究，但2004
年中科院海洋所的候保荣院士撰写了题为《海洋环境腐蚀规律及控制
技术》的综述，对海洋腐蚀情况进行了较好的概括。海洋腐蚀环境一
般分为海
洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区和海泥区五个腐蚀
区带。其中的一个腐蚀峰值就发生在与海
水海泥交界处下方，由于此处容易产生海泥／海水腐蚀电池，年
腐蚀率为0．03～0．07毫米。影响金属在海水环境中腐蚀的因素有
溶解氧的含量、含盐量、海水的PH值、流速、温度、海生物等。在海
底缺氧的条件下，厌氧细菌，主要是硫酸盐还原菌是导致金属腐蚀的
主要原因。对于海底沉积物环境来说，沉积物的
类型是影响腐蚀的另一重要因素。海底沉积物和陆地土壤相比，
相同之处都为多项非均相体系。不同之处
是前者是固液两相组成的非均匀体系，后者为气、液、固三相组
成的非均匀体系。海底沉积物腐蚀实际是
海水封闭下被海水浸渍的土壤腐蚀，是土壤腐蚀的特殊形式。海
水全浸区和海泥区在这两个区带可以单独
采用阴极保护，包括牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护也可
以实施涂层和阴极保护联合防腐。海洋腐
蚀环境的研究及规律的探索离不开海洋腐蚀检测和监测技术的发
展。从早期的现场挂片、定期人工检测，
到现在的与计算机和自动化技术的广泛结合，海洋腐蚀检测技术
已发展成一个涉及多学科的技术。近年来
由于计算机网络技术的发展，腐蚀监测由原来对单一点、线的监
测，逐步向整个系统内面上的联合监控发展，如应用于局域网的
Intranet技术和应用于广域网internet技术，可以在整个企业系统内
甚至分布在
全世界的某个组织内方便共享、统筹评价控制以及远程的实时控
制等。
VENKATESAN等学者比较系统地研究了铁合金在深海环境下的腐
蚀行为。作者分别在500，1200，3500，5100m的深海中进行了现
场实验，实验结果表明钢材的腐蚀速度受溶解氧的影响。在5100m的
深海
中溶解氧都足以导致腐蚀发生及发展。在深海中低碳钢上形成的
锈层主要是FeOOH，腐蚀产物并不能形成
保护膜，并且腐蚀产物有足够多的孔使得腐蚀过程不受阻碍。现
场实验表明在浅海环境下微生物对铁合金
的腐蚀产生着重要的影响，然而在深海中明显缺乏大量的污垢，
铁合金的腐蚀与生物产物无关而主要是合
金与海水间的电化学反应。
对深海环境下的腐蚀防护技术，通常采用阴极保护技术，在
NACE会议上可以见到这样的论文，2001年法国的DominiqueFesty
在会议上报告了对深海条件下钢材实施阴极保护碰到的氢脆问题，并
提出了阴
极保护标准。DominiqueFesty的研究表明海底高的水压不会影
响阴极保护的氢脆问题，但是高的水压使
得需要的保护电流增大，他认为这可能是由于随着水压的增加，
使得碳酸盐的溶解性增大，从而改变了石
灰质沉积物的性能，另外水压的增加使得溶解氧的活性也增强，
这些都会导致所需的保护电流增加。最后
他也指出，阴极保护的参数对不同的环境、水的流速都是很敏感
的，因此他推荐进行原位实验来获得阴极
保护的参数。也是在2001年的NACE会议上WilliamH.Hartt
报告了他们实验室模拟深海阴极保护的结果，他们研究了温度、压力、
石灰质沉积物等因素对阴极保护的影响。他们的研究发现，5℃情况下，
在一定的施加保护电位范围内阴极保护的电流密度都是相同的。另外，
阴极保护的参数对石灰质沉积物的成核速率
有一定的影响。另外相比与环境温度，在5℃时电流密度相对较高，
而且会有较好的石灰质沉积物，这表
明在冷的海水中沉积物不能阻碍阴极反应。2002年的NACE会议
上WilliamH.Hartt又报道了他们在现场实验的结果，结果表明生锈
的材料及抛光的材料对阴极保护的参数有一定的影响。另外现场数据
与实验室
数据有较大的不同，他们把这归因于两种情况下石灰质沉积物的
差别。
NACE2004年会议上CheonKilPark等评价了深海中广泛使用的
两种涂料并且采用新的方法来发现环氧-聚氨酯涂料出现问题，并且研
究发现环氧-聚氨酯涂料黏附失效的主要原因是AE环氧涂层使得氨发
红，而且作者使用pH试纸指示剂成功地来发现这种发红