分析海水中钢铁电偶腐蚀的影响因素

近年来，随着海洋资源的不断开发与利用，海洋工程装备得到了快速发展，钢铁作为主要结构材料在苛刻的海洋环境中面临着严峻的电偶腐蚀问题。电偶腐蚀指两种及以上电化学性质不同的金属在同一导电介质中接触后形成腐蚀原电池，也称作接触腐蚀。它是一种常见且会带来巨大经济损失的腐蚀。电偶腐蚀发生时，通常伴随着各类局部腐蚀，如应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、氢脆等，加速设备损坏，造成巨大的经济损失。

海洋装备结构的服役环境苛刻，难以检测和维护，一旦发生失效或者破损，极易导致灾难性后果，除了缩短海洋工程的服役寿命外，还会引起环境灾难等事故。然而，海洋环境的综合性、动态化，导致电偶腐蚀问题十分杂性。不同金属材料、不同海域对应的含氧量、温度、pH、含盐量、海水流速和海洋微生物污损等都不相同。

海水中钢铁电偶腐蚀的影响因素

影响钢铁电偶腐蚀的因素错综复杂，海水中的电偶腐蚀除了与材料自身的电位有关，还与阴/阳面积比，海水性质(电导率、含氧量、温度、pH等)等因素有关。

① 阴/阳极面积比

在一般情况下，阳极金属电偶腐蚀与阴/阳极面积比成正比。徐强等对不锈钢与船体钢在海水中的电偶腐蚀行为进行了研究。当电偶腐蚀发生时，不锈钢为阴极，船体钢为阳极。船体钢的腐蚀速率和平均腐蚀深度也随不锈钢/船体钢面积比减小而减小，不锈钢则不受影响。黄桂桥等研究海水中不同电位差和面积比(电)偶对的电偶腐蚀行为，并根据试验结果简化了钢偶对的阳极腐蚀速率方程，发现阳极腐蚀速率与阴/阳极面积比之间存在非线性关系，并且阳极的腐蚀速率存在一个极限值，如图1所示。

图1 3C(碳钢)的腐蚀速率与阴阳极表面积比的关系

② 海水性质

海水电导率会影响海水中溶解氧的浓度，进而影响电偶腐蚀的发生。此外，电导率越大，海水中离子和电子的传播速度越快，这会加速钢铁在海水中的电偶腐蚀行为。当海水的温度与压力不变时，海水的电导率与海水的离子组成有关。

钢铁在高含氧海水中的电位较高，在低含氧海水中的电位较低，两者之间会形成氧浓差电池，加速阳极电偶腐蚀。

除了海水电导率、溶解氧含量、温度外，钢铁的电偶腐蚀行为也与海水的pH和海水流速有关。降低pH一方面有利于推进阴极过程，加速电偶腐蚀，另一方面还会影响金属表面膜的溶解和保护膜的形成，进而影响金属的电偶腐蚀。

海水流速一方面会影响海水中溶解氧的扩散，另一方面也会影响腐蚀产物对电偶对的保护作用。SHI等研究表明，在不同流速海水中，不同金属之间存在明显的电偶腐蚀倾向，作为阴极的金属受到保护。HASAN研究发现在碳钢表面有腐蚀产物形成时，流动条件下，碳钢/铜电偶对的电偶电流显著大于静态条件，这是由于流动条件下，腐蚀产物无法沉积在碳钢表面，腐蚀产物的保护作用被削弱。

海洋生物可以吸附在钢结构表面，阻止氧气的渗透，降低钢结构电偶腐蚀的可能性，但它们不能形成致密的覆盖层，反而会加重钢结构的电偶腐蚀。WAN等研究了在人工海水中，硫酸盐还原菌(SRB)对不锈钢与碳钢电偶腐蚀的影响，发现含SRB培养基中的电偶效应高于无菌培养基，其还促进了不锈钢在生物介质中的电偶腐蚀，这对理解双金属复合管道的微生物腐蚀具有重要意义。

③ 焊接对钢铁电偶腐蚀的影响

焊接是海洋工程和海洋工程装备钢结构中最主要的连接方式。随着海洋资源的开发，海洋用钢数量剧增，焊接工艺也被广泛应用于海洋工程制作中。然而，焊缝附近最容易发生电偶腐蚀，这是由于焊接过程改变了金属的化学性能，不同位置具有不同电位，最终引起电偶腐蚀。

电偶腐蚀是海洋环境中常见的一种腐蚀失效形式，能诱发多种腐蚀，是造成海洋工程损伤、失效、破坏的重要原因。随着我国海洋资源的探索、开发、利用和保护，海洋用钢的需求和要求也越来越高，海洋工程材料的腐蚀与防护成为制约海洋装备长周期安全服役的关键问题。尽管国内外学者已经对电偶腐蚀展开了大量研究，但仍存在一些问题：

1、目前关于电偶腐蚀的研究主要集中在双金属结构，对于多元复杂耦合腐蚀体系的研究较少。然而实际情况中三种及以上金属耦合的结构更为普遍，严苛且复杂的工况也较多，需要对多元复杂耦合腐蚀体系进行深入研究。

2、海水是一个复杂的体系，它的综合性、复杂性和动态性要求我们在研究过程中，要注意海水因素的协同作用对电偶腐蚀的影响。

以上就是江苏容大为大家总结的关于海水中钢铁电偶腐蚀的影响因素有哪些，如果您也有电偶腐蚀检测的相关需求，欢迎前来咨询，我们会有专业的项目工程师为您答疑解惑，期待您的来电!