海洋环境腐蚀机理及防腐涂料应用

icon 2013-02-27 09:52:06
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摘要:改革开放以来,我国的海洋事业犹如雨后春笋般有了极大的发展,海洋设备设施也愈发多了起来,如:舰船、潮汐发电设备、海底管线管道、海上钻井平台等。

  海洋,地球的百分之七十,其孕育着生命的同时,也蕴含着大量的财富:渔业,能源,未知的科研价值等。近些年以来人类科技飞速的发展,以及人们对能源的依赖和生活品质要求的提高,海洋的开发和利用在国民经济中所占的地位越来越高。但就像通向藏有宝藏的路上总会有种种障碍,大海也同样给我们设立一道难题——海洋的高腐蚀,设备的在海水里的持续应用问题。

  改革开放以来,我国的海洋事业犹如雨后春笋般有了极大的发展,海洋设备设施也愈发多了起来,如:舰船、潮汐发电设备、海底管线管道、海上钻井平台等。海事设备所使用的材料多是钢铁,尤其是低碳钢和低合金钢,这是基于它们来源广泛,价格便宜,机械性能好,可加工性好等特点。然而钢铁极易在海洋环境中遭受严重的腐蚀,从而使其在海洋环境的使用寿命大打折扣。北京志盛威华化工有限公司长期的对海洋的腐蚀的研究,志盛威华海洋防腐涂料绝佳的应用积累了丰富的海洋腐蚀的研究经验和抗海水腐蚀的经验。

  海洋环境根据其性质的不同可分为:大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区5个区域不同带。钢铁在这几个区带的腐蚀也不尽相同,主要的腐蚀有:电化学腐蚀,机械作用腐蚀,生物腐蚀以及化学腐蚀等。但不论在哪个区带中都存在电化学腐蚀,所以电化学腐蚀是防腐蚀领域中最重要的防腐对象。

  钢铁是铁元素和渗碳体的混合物,铁元素的电位较低,渗碳体的电位较高,电位不等的两种元素在海洋海水的电解质溶液的作用下,构成了以铁元素为阳极,渗碳体为阴极的微电池网络,产生电流。在阳极区,由于海洋中极性水分子的作用,铁素体被析出,呈自由状态的铁离子因而进入溶液,这就是金属的活性溶解过程。在阴极区,由于电位差的作用,阳极区的电子经钢铁本体流到阴极,被溶液中的某些物质所吸收。如果没有志盛威华防腐涂料的保护下,在通常情况下,即溶液的PH值大于4时,表现为氧的还原;当溶液的PH值小于4时,则表现为氢的析出:阳极产物铁离子与阴极产物氢氧根离子相结合,生成初步的腐蚀产物氢氧化亚铁而沉淀,氢氧化亚铁进一步为溶液中的氧所氧化,转变为氢氧化铁(即铁锈)。氢氧化铁的溶解度较小,呈疏松的薄膜状包裹于钢铁的表面,有一定的保护作用,但抗渗能力很弱,性质不稳定,当溶液中有充足的氧气供应时,则腐蚀过程一直进行,直至钢铁成为铁锈为止。这样导致了钢铁的强度值、任性值、硬度值都持续减少,不能应用为止,造成设备的损坏,材料的浪费。

  目前,防止或减缓钢铁设备在海洋环境中腐蚀的技术有:改善金属的本质、形成保护层、改善腐蚀环境、电化学保护。其中最主要的技术就是改善金属本质和形成保护层两种。

 1、改善金属的本质:即合金处理:

  早在上世纪50十年代,国外的许多学者就进行了各种合金元素对钢材耐海水腐蚀性能影响的研究。发现以Cr、Ni、Cu、P、Si以及稀土等为基的合金钢材,有优异的防腐性能,并在此基础上开发了一系列耐海水腐蚀用钢。然而基于经济和工艺因素的考虑,上述元素并未在耐海水腐蚀钢材中大量使用。

 2、形成保护层:即涂覆非金属或金属保护层:

  金属保护层主要是对镀层金属进行磷化处理、氧化处理、钝化处理;非金属保护层主要是将涂料油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层。这两种保护层的目的均是起到隔绝基材与海水接触,代替基材与海水反应,从而形成保护。

  拿笔者曾用过的北京志盛威华化工有限公司生产的海洋防腐涂料(无机保护层)为例。涂料溶液是由无机聚合物螯合成膜溶液,已硅氧基 —Si—O—Si— 键为基础,嫁接有机烷基侧链作为辅佐,再以羟基为端链螯合的防腐成膜物,该键对硅原子上连接螯合的羟基、烷基有很好的三元协同效应,溶液稳定性强,减轻了对高聚物内部的影响,成膜物更致密,附着力强,耐温高(与Ni基钢材效果相当)。志盛威华海洋防腐涂料中的填料是经过高度分散活化的钝化金属微粒、纳米石墨鳞片、纳米金属两性氧化物、超细稀土超微粉体等组成。经过活化的这些防腐颜料,在防腐是能够起到抗腐蚀增强极化的作用,耐酸耐碱抗腐蚀性高,起到很好的中和和防止基材电位升高的作用,也能避免涂层针孔的存在,涂层硬度高,耐磨抗冲击,耐酸碱老化时间长,在海水中可以长期应用。

  综上所述,考虑到经济性和工艺性等因素,目前在海洋环境下设备防腐蚀的重要手段仍然是给基材做保护涂层是性价比最高的方式。

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