21世紀(jì)是人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用海洋的新時(shí)代。 但水下環(huán)境極其特殊， 多數(shù)陸上技術(shù)不能應(yīng)用于水下尤其是深海環(huán)境， 給深海的研究和開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大困難。 同時(shí)， 深海環(huán)境的研究多涉及到軍事領(lǐng)域，資料保密，極少公開(kāi)。盡管如此， 許多國(guó)家和地區(qū)仍然不斷地增加人力、財(cái)力和物力加強(qiáng)深海探測(cè)技術(shù)、深海資源開(kāi)發(fā)技術(shù)、深?？臻g利用技術(shù)、深海環(huán)境保護(hù)技術(shù)以及深海裝備技術(shù)等前沿領(lǐng)域的研究， 以提高其海洋技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力 . 本文綜述了金屬及合金材料在深海環(huán)境下腐蝕研究的現(xiàn)狀。

1 深海環(huán)境下材料腐蝕的影響因素

對(duì)于深海， 不同領(lǐng)域有不同的界定。 按照5中國(guó)大百科全書(shū)6定義， 深海指200米以下的海洋環(huán)境， 在軍事領(lǐng)域通常將深海定義為300米以深的海洋。 本文中深海系指300米以下的海洋環(huán)境。已經(jīng)系統(tǒng)究了淺海環(huán)境下各種金屬及合金材料的腐蝕行為， 研究發(fā)現(xiàn)材料的腐蝕行為與化學(xué)因素、物理因素或生物因素有關(guān)， 如表1所示。

在深海環(huán)境下， 溶解氧含量、溫度、pH、含鹽度、壓力、溶解CO2 含量、流速以及生物環(huán)境等都與淺海環(huán)境不同， 這些因素都與材料的腐蝕行為相關(guān)， 因此材料在深海環(huán)境下的腐蝕行為與表層海水環(huán)境下明顯不同。 中國(guó)海洋大學(xué)的王佳等人在常溫常壓下通過(guò)控制含氧量、含鹽度等條件， 用電化學(xué)方法得到碳鋼的瞬時(shí)腐蝕速率， 從而建立數(shù)據(jù)庫(kù)， 通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究了5種海洋工程鋼材在深海環(huán)境中非現(xiàn)場(chǎng)腐蝕行為評(píng)價(jià)技術(shù)。 結(jié)果表明： 溫度、溶解氧、鹽度和pH值是評(píng)價(jià)5種海洋工程鋼材海水腐蝕行為的主要介質(zhì)參數(shù)。文獻(xiàn) 給出了美國(guó)20世紀(jì)60年代測(cè)得太平洋不同深度的海水條件下溶解氧含量、溫度、pH 和含鹽度的變化情況。

1.1 溶解氧含量由文獻(xiàn)可知， 隨著海水深度增加， 溶解氧含量先減少后增加， 這是因?yàn)榕c空氣充分接觸的表層海水的溶解氧含量基本達(dá)到飽和狀態(tài)， 綠色植物的光合作用和海浪的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的氧氣。 隨著海水深度增加， 光照迅速減弱， 綠色植物大幅度減少， 光合作用產(chǎn)生的氧氣迅速減少； 同時(shí)， 海洋生物在一定深度下生存以及微生物腐敗降解需要消耗一定的氧氣， 均導(dǎo)致表層以下海水溶解氧含量隨海水深度增加而迅速降低， 通常在500~ 1000米溶解氧含量達(dá)到最小值。 隨著海水深度進(jìn)一步增加， 海洋生物影響已很小， 由于海水壓力增加、溫度降低以及周邊海域海水的對(duì)流， 溶解氧含量將隨深度的增加而緩慢增加。 海水是一種中性略偏堿性環(huán)境， 除了電極電位非常負(fù)的金屬如鎂等陰極過(guò)程主要發(fā)生析氫反應(yīng)外， 其它材料的陰極過(guò)程都是以氧的去極化反應(yīng)為主。 在深海環(huán)境下溶解氧含量已大到足夠使許多材料發(fā)生腐蝕。

美國(guó)加利福尼亞懷尼美港海軍民用工程實(shí)驗(yàn)室在太平洋水域?qū)嵑１┞对囼?yàn)表明該環(huán)境下暴露一年的鋼材和各種鑄鐵的腐蝕速度與溶解氧含量線(xiàn)性相關(guān)， 不同金屬及合金材料受到溶解氧含量變化的影響則不相同 . Saw ant S S等人 研究了低碳鋼、不銹鋼、銅、黃銅及銅鎳合金在阿拉伯海和孟加拉海灣淺海、1000~ 2900 米深處暴露一年的腐蝕行為， 發(fā)現(xiàn)除了黃銅的腐蝕速度與深度沒(méi)有關(guān)系外， 其它材料在2900米深處比在1000 米深處和在淺海環(huán)境下的腐蝕速度更低。 在淺海環(huán)境下腐蝕率順序?yàn)榈吞间?gt; 銅> 銅鎳合金> 黃銅> 不銹鋼， 在深海環(huán)境下腐蝕率順序?yàn)榈吞间?gt; 銅鎳合金> 黃銅> 銅> 不銹鋼。 這些金屬的腐蝕速率受到溶解氧含量的控制。 F ink F W 等 和Reinhart FM 分別調(diào)查了鋁鎂合金在太平洋表層海水和深海中的腐蝕行為。 結(jié)果表明， 與表層海水環(huán)境相比， 深海環(huán)境下5000系列鋁鎂合金點(diǎn)蝕速率可能加快。 在700米深海水環(huán)境下鋁鎂合金的點(diǎn)蝕速率最大， 為表層海水的3倍， 而在1700 米深處則降為2倍。 影響5000系列鋁鎂合金點(diǎn)蝕的因素主要是氧含量的高低， 其點(diǎn)蝕速率隨氧含量增加呈遞減規(guī)律。 在700米深處海水溶解氧含量最低， 因此點(diǎn)蝕速率最大。

印度國(guó)家海洋技術(shù)研究所的Venkatesan R等在印度洋的實(shí)海掛片試驗(yàn)也證實(shí)深海環(huán)境中氧含量是影響鐵基合金均勻腐蝕過(guò)程的主要因素， 低碳鋼在深海中的腐蝕速度隨氧含量降低而減小， SS304和SS316 不銹鋼、鈦及鈦合金T i6Al4V 在深海環(huán)境下未監(jiān)測(cè)到腐蝕發(fā)生。

1.2 溫度隨水深的增加， 海水溫度逐漸降低， 并且降低速度逐漸減慢。 在500米深處的海水溫度不到10e , 在2000米深處的海水溫度約2e , 在5000 米深處的海水溫度約1e . 溫度下降， 材料的化學(xué)反應(yīng)活性降低， 因此在其它條件不變的情況下， 材料在海水環(huán)境下的腐蝕速率隨溫度降低而降低。 但是隨溫度的降低， 海水中的溶解氧含量增加， 這將加速氧在陰極的去極化過(guò)程， 因此材料的腐蝕速率反而可能增加。

1.3 pH及溶解CO2 含量海水的pH 相對(duì)比較固定， 一般在714~ 812, 對(duì)多數(shù)金屬的腐蝕并無(wú)明顯影響， 但對(duì)鋁鎂合金是個(gè)例外。 當(dāng)海水pH由812降到712時(shí)， 鋁鎂合金點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕趨勢(shì)增加.

一般情況下， pH 升高有利于抑制海水的腐蝕性。 溶解CO2 含量對(duì)金屬及合金腐蝕的影響僅為溶解氧的1/4 以下， 因?yàn)镃O2 溶于水后是一種弱酸， 產(chǎn)生以下離解過(guò)程：

CO2 + H2O= H + + HCO-3 （ 1）H CO-3 = H + + CO2-3 （ 2）CO2 溶于水形成的碳酸與碳酸氫根、碳酸根離子達(dá)成平衡， 對(duì)海水的酸堿性起到緩沖作用。 在表層附近海水與空氣中CO2 產(chǎn)生對(duì)流以及光合作用， 表層海水pH 通常大于8. 此時(shí)， 總的無(wú)機(jī)碳中93%為HCO-3 , 6%為CO2-3 , 1%為CO2. 在其它環(huán)境下， 總的無(wú)機(jī)碳中HCO-3 濃度也總是超過(guò)85%, 而CO2 和CO2-3 的相對(duì)濃度則變化很大。 CO2-3 濃度表層海水中相對(duì)較高， 并且總是存在過(guò)飽和的碳酸鈣， 同時(shí)， 大量海洋生物的新陳代謝以及動(dòng)植物尸體分解也產(chǎn)生碳酸鹽， 其形成及沉積類(lèi)似于起到金屬保護(hù)層的作用， 從而影響到材料的金屬腐蝕行為。 但沉積物的產(chǎn)生可能加劇材料的局部腐蝕。 隨著壓力增加， 由動(dòng)力學(xué)因素， 海水的pH 將降低。 有跡象表明， 在深海環(huán)境下（如大西洋300米以下或北太平洋200米以下）材料表面形成碳酸鹽保護(hù)層的趨勢(shì)變小 .

1.4 含鹽度含鹽度對(duì)材料腐蝕的影響主要來(lái)自水溶液比電導(dǎo)率的變化和氯離子對(duì)材料鈍化膜的破壞作用。 水溶液比電導(dǎo)率與溫度及氯離子含量有關(guān)。 研究表明, 室溫條件下不同濃度的NaC l水溶液中， 3% ~ 31 5%左右質(zhì)量含量的NaC l水溶液對(duì)鋼鐵的腐蝕最為嚴(yán)重。 這主要是因?yàn)楫?dāng)鹽濃度低于3%時(shí)， 隨鹽濃度增加， 溶液導(dǎo)電性增加， 腐蝕速率上升； 當(dāng)鹽濃度高于315%時(shí)， 氧的溶解度降低及擴(kuò)散速度減小， 腐蝕速率明顯下降。 海水中的含鹽度通常在312% ~ 316%之間， 因此， 在海水環(huán)境下鋼鐵腐蝕最為嚴(yán)重。 在深海環(huán)境下， 海水中的含鹽度約在31 5%, 變化幅度非常小， 因此， 可以認(rèn)為含鹽度在整個(gè)海洋環(huán)境下對(duì)材料的腐蝕是一個(gè)常量。

1.5 壓力由靜力學(xué)方程P = Qgh 可知， 如果密度保持恒定， 壓力與深度成正比。 Venkatesan R等[8] 測(cè)量了印度洋測(cè)試點(diǎn)海水靜壓力與其深度的關(guān)系。 結(jié)果表明， 在海水環(huán)境下99% 的海水密度為其平均值1103 kg /m3, 誤差不超過(guò)2%, 海水靜壓力與其深度呈直線(xiàn)關(guān)系。

BeccariaA M 等人保持其它參數(shù)（溶氧量、溫度等）不變情況下在實(shí)驗(yàn)室模擬研究了不同深度海水靜壓力對(duì)鋁及其合金、AIS I 300 及AISI 400 系列不銹鋼的腐蝕行為影響。 結(jié)果表明， 海水環(huán)境下不同靜壓力對(duì)上述材料的腐蝕行為有一定影響。 其影響與不同壓力下金屬或合金表面形成的腐蝕產(chǎn)物層的特性有關(guān)。 在較高壓力下氯離子活性增加， 更容易滲透入不銹鋼鈍化膜， 多種金屬氧化物能轉(zhuǎn)化為水溶性氯氧化物， 從而形成點(diǎn)蝕誘發(fā)源。 同時(shí)， 在較高壓力下離子水合程度降低， 氧化物/氫氧化物比值發(fā)生改變， 因此形成腐蝕層的保護(hù)特性也發(fā)生改變。 鈍化膜成分的改變既可能降低、也可能增強(qiáng)不銹鋼材料的抗局部腐蝕或全面腐蝕性能。

1.6流速海水流速是個(gè)復(fù)雜的變量， 隨著地域和深度的不同而有差異， 它對(duì)金屬及合金材料腐蝕的影響不僅取決于金屬及合金材料本身的組成、幾何形狀和腐蝕機(jī)制， 也受到流體的流動(dòng)形態(tài)和物理特性的影響。 海水流動(dòng)對(duì)A3鋼腐蝕速度的影響研究表明 , 流速的作用體現(xiàn)在其物理的流動(dòng)作用加速了腐蝕反應(yīng)的進(jìn)程， 一方面能減小金屬表面氧的擴(kuò)散層厚度， 使得溶解氧更容易達(dá)到金屬表面， 增強(qiáng)了氧的去極化作用； 另一方面， 海水流動(dòng)能沖刷腐蝕產(chǎn)物， 削弱了腐蝕產(chǎn)物沉積對(duì)腐蝕反應(yīng)的阻滯作用。 通常深海環(huán)境下海水流速比表層海水緩慢， 多數(shù)金屬與合金的腐蝕速率也因之降低 .

1.7生物環(huán)境在表層海水環(huán)境下， 海洋生物對(duì)材料及構(gòu)件的腐蝕極其嚴(yán)重。 隨著海水深度增加， 海洋生物數(shù)量急劇降低， 一般到200米深度對(duì)腐蝕影響已經(jīng)比較輕微， 1200 米深度以下影響則非常輕微。 在海泥區(qū)由于存在H2 S 和微生物， 因此靠近海泥區(qū)的深海海底環(huán)境對(duì)材料及構(gòu)件的腐蝕影響可能增強(qiáng)。 在海底沉積物環(huán)境下， 微生物腐蝕主要是SRB的腐蝕 . 海底沉積物中一般都含有SRB, 不同海區(qū)的SRB 含量有一定差異。 如遼東灣表層海底沉積物SRB 含量為0 ~ 460 個(gè)/克濕泥， 南海珠江口東部其含量為0~ 91 3個(gè)/克濕泥。 在SRB 大量繁殖下， 腐蝕速率可增加6~ 7倍， 甚至l5倍以上.

綜上所述， 要深入研究深海環(huán)境材料的腐蝕行為規(guī)律，必須綜合考慮以上各個(gè)因素。

2 深海環(huán)境下的材料腐蝕試驗(yàn)方法

與淺海環(huán)境相同， 在深海環(huán)境下材料的腐蝕試驗(yàn)分為實(shí)海暴露和室內(nèi)模擬加速腐蝕兩種方法。

2.1 實(shí)海暴露方法

實(shí)海暴露方法是一種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。 由于任何一種其它環(huán)境都無(wú)法復(fù)制與現(xiàn)場(chǎng)完全一致的腐蝕環(huán)境， 因此現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果最為真實(shí)。 一般選擇具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。 如果試驗(yàn)點(diǎn)的水流狀況、沉積物以及海底狀況能體現(xiàn)通常狀況下的海洋環(huán)境， 就認(rèn)為該試驗(yàn)點(diǎn)是具有代表性的。 具體實(shí)海暴露試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件: 1）海底應(yīng)該比較平緩； 2） 試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)在開(kāi)放處， 水流較平緩， 而不可選擇在海盆附近； 3）試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)盡可能離陸地港口較近， 以便船只操作； 4） 試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)在可操作范圍之內(nèi)， 能夠進(jìn)行精確定位， 容易進(jìn)行投放和回收操作.

在1962~ 1970年期間， 美國(guó)加利福尼亞懷尼美港海軍民用工程實(shí)驗(yàn)室在太平洋水域表面及距表面水深762米和1828米處投放了475種金屬與合金共計(jì)約20000件樣品進(jìn)行實(shí)海腐蝕試驗(yàn)， 試驗(yàn)周期為123~ 1064天。 文獻(xiàn) 給出了該試驗(yàn)裝置。 該試驗(yàn)裝置試樣架位于海底， 回收時(shí)通過(guò)聲釋放裝置斷開(kāi)海底錨固定物， 由上浮標(biāo)將連接繩帶上來(lái)， 最后提起試樣架。 該裝置特點(diǎn)在于試樣架受海流影響小， 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 試樣不易丟失； 試樣架尺寸大， 一次可投放較多試樣。 但是該裝置只有一個(gè)投樣點(diǎn)， 不同海水深度需選擇不同的試驗(yàn)場(chǎng)； 由于試樣架位于海底， 它也容易受到海底沉積物的影響。

據(jù)報(bào)道 , 前蘇聯(lián)也曾于1975年在太平洋西北地區(qū)利用水文浮標(biāo)附近的浮標(biāo)索研究了6 種金屬及合金材料在10~ 5500米15個(gè)海水深度20 天和40天的平均腐蝕速率、局部腐蝕和縫隙腐蝕行為。 該試驗(yàn)也研究了深海條件下環(huán)境因素對(duì)試樣腐蝕速率的影響。

Venkatesan R 等也在印度洋中500、1200、3500 和5100米深度進(jìn)行了實(shí)海暴露試驗(yàn)，試驗(yàn)分為三個(gè)階段， 時(shí)間分別為168、174和174天。 試驗(yàn)材料共計(jì)22種， 投入試樣總量為808片， 實(shí)際收回688片。 設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置參見(jiàn)文獻(xiàn)[8] .

該試驗(yàn)裝置具有以下特點(diǎn) : 幾個(gè)試樣架分別安放在不同深度海水環(huán)境下， 因此可以用一個(gè)試驗(yàn)裝置完成不同深度的材料腐蝕數(shù)據(jù)測(cè)量， 大幅度節(jié)省了試驗(yàn)裝置的數(shù)量， 試驗(yàn)也不會(huì)受到海底沉積物的覆蓋影響； 但是投樣數(shù)量相對(duì)較小，試樣架受到海流影響較大， 投入樣品可能丟失。

我國(guó)已于2006年在南海海域1300 米深處成功投入第一批試樣進(jìn)行實(shí)海暴露試驗(yàn) , 標(biāo)志我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)材料的深海腐蝕行為研究， 填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的空白。

以上實(shí)海暴露試驗(yàn)可以積累試樣的腐蝕數(shù)據(jù)， 但是由于深海環(huán)境條件苛刻， 投放和回收試驗(yàn)費(fèi)用相當(dāng)昂貴， 試驗(yàn)周期很長(zhǎng)， 試驗(yàn)的可靠性也與試驗(yàn)環(huán)境、裝置、人為或其它不可預(yù)見(jiàn)性的因素等有關(guān)， 因此， 模擬深海環(huán)境條件， 開(kāi)展室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)更為可取。

2.2 室內(nèi)模擬加速腐蝕方法

室內(nèi)模擬加速腐蝕方法是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用小試樣和人工配制的海水介質(zhì)， 通過(guò)模擬海水環(huán)境， 用化學(xué)或電化學(xué)加速方法研究影響材料腐蝕的主要因素和控制規(guī)律。 由于在深海環(huán)境下影響材料腐蝕的因素眾多， 其環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境有一定差異， 因此除了能模擬深海環(huán)境下的一些物理參數(shù)外， 很難在實(shí)驗(yàn)室條件下完全模擬實(shí)際材料的深海腐蝕行為 。 但是， 通過(guò)控制其中一個(gè)或幾個(gè)因素， 在較短時(shí)間內(nèi)探索材料在深海模擬溶液中的腐蝕規(guī)律， 并通過(guò)不同材料的平行比較， 推測(cè)材料的深海耐蝕性行為， 對(duì)研究不同材料在該條件下的腐蝕機(jī)理、腐蝕規(guī)律和腐蝕失效原因具有重要的參考價(jià)值。 例如， Beccar ia A M 等人在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)保持其它參數(shù)（溶氧量、溫度等）不變， 研究了不同深度海水靜壓力對(duì)A ISI 300及AIS I 400系列不銹鋼的腐蝕行為影響。

室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)要求重現(xiàn)性好、模擬真實(shí)、加速效果好、結(jié)果與實(shí)際腐蝕規(guī)律相關(guān)性好。 比較典型的例子是芬蘭CORMET公司制造的循環(huán)回路系統(tǒng)用于模擬和監(jiān)測(cè)材料在深海環(huán)境下的腐蝕行為。 該系統(tǒng)采用常壓體系控制流動(dòng)人工模擬海水的各項(xiàng)物理參數(shù)， 如溶解氧含量、溫度、含鹽度、pH 等； 采用高壓泵和冷卻系統(tǒng)連接高壓釜獲得高壓（ 通常20M Pa, 根據(jù)要求最高可達(dá)100MPa）和低溫（ 5~ 20e ），在高壓釜內(nèi)進(jìn)行材料電化學(xué)測(cè)試， 測(cè)試結(jié)果通過(guò)外接計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。 Pekka P 用該裝置研究了鋁鎂合金5083-H116, 鋁硅鎂合金6082-T6和鋁鋅鎂合金7020-T5在模擬深海環(huán)境下的腐蝕行為， 各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2, 但試驗(yàn)溫度與實(shí)際深海環(huán)境溫度仍有一定差異。

由于深海環(huán)境多種多樣， 某些參數(shù)在一段時(shí)間里可能發(fā)生改變， 現(xiàn)場(chǎng)使用的材料尺寸形狀也與實(shí)驗(yàn)室相差較大， 因而室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)不可能完全模擬深海的環(huán)境條件。最好的方法是將室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)和實(shí)海暴露方法相結(jié)合， 同時(shí)體現(xiàn)二者的優(yōu)勢(shì)。

3 深海環(huán)境金屬及合金材料的腐蝕與防護(hù)

在深海實(shí)海暴露試驗(yàn)中， 獲得了大量重要的金屬及合金材料現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。 日本研究結(jié)果表明 : 碳鋼在深海環(huán)境趨向于均勻腐蝕， 比淺海腐蝕速率顯著減小， 縫隙腐蝕不明顯； 不銹鋼在深海及淺海環(huán)境下均產(chǎn)生了嚴(yán)重的縫隙腐蝕； 銅及銅合金未產(chǎn)生縫隙腐蝕， 其全面腐蝕程度通常在深海比淺海程度大； 鋁合金的縫隙腐蝕程度很?chē)?yán)重； 哈氏合金、鈦及鈦合金在整個(gè)海洋環(huán)境條件下均顯示了卓越的耐蝕性。 印度研究結(jié)果研究則表明: 在深海5100米深度， 馬氏體時(shí)效鋼、螺紋鋼及奧貝球鐵（ ADI）的腐蝕率很高， 未進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫱繉颖Ｗo(hù)時(shí)不適宜應(yīng)用于深海環(huán)境。 304及316 L不銹鋼在全面腐蝕試驗(yàn)條件下不受深海環(huán)境的影響； 高強(qiáng)304及316 L不銹鋼在深海中暴露未監(jiān)測(cè)到腐蝕發(fā)生。 非鐵金屬對(duì)環(huán)境參數(shù)的影響較復(fù)雜。 鋁鎂合金在各種深度下比純鋁或鋁銅合金的腐蝕率更低； 鋁- 1100在深海環(huán)境下產(chǎn)生了點(diǎn)蝕， 且在5100米點(diǎn)蝕最嚴(yán)重； 鋁銅合金- 2014 在各深海水環(huán)境下均腐蝕嚴(yán)重； 鋁鎂合金表現(xiàn)為均勻腐蝕及少量稀疏的點(diǎn)蝕； 鋁及鋁- 鎂- 硅合金A-l 6061-T6在深海暴露后表面表現(xiàn)為泥裂特征。 深海水環(huán)境下， 銅基合金則表現(xiàn)為均勻腐蝕， 隨著腐蝕深度增加， 腐蝕率呈下降趨勢(shì)。 鈦及鈦合金在深海環(huán)境下未監(jiān)測(cè)到腐蝕發(fā)生。 純鋅在深海中腐蝕率增大。 以上金屬及合金材料的年腐蝕速率如表3所示。

在深海環(huán)境實(shí)際海下工程及軍事等領(lǐng)域中會(huì)涉及到材料及構(gòu)件的腐蝕與防護(hù)問(wèn)題， 比如海底管線(xiàn)、深水導(dǎo)管架的防護(hù)及潛水艇的防護(hù)。 和淺海的防護(hù)措施相同， 一般采用陰極保護(hù)、涂層保護(hù)、耐蝕耐高壓金屬或合金等方式進(jìn)行腐蝕防護(hù)。 但由于深海環(huán)境下壓力很高， 除了環(huán)氧瀝青涂層、蠟類(lèi)保護(hù)涂層、噴塑、膠帶、聚烯涂層、熔合環(huán)氧涂層等涂層用于海底管線(xiàn)的防腐外， 其它有機(jī)涂層多具有較高的滲水性， 不太適宜用作普通鋼材的表面保護(hù)。 據(jù)報(bào)導(dǎo)， 可采用熱噴鋁材料及封閉涂層體系對(duì)海底管線(xiàn)實(shí)施保護(hù)。 試驗(yàn)表明 :76 Lm 熱噴鋁及254 Lm 的封閉涂層體系使用壽命25年。

近些年來(lái)對(duì)深海環(huán)境下材料及構(gòu)件陰極保護(hù)的研究受到了格外的重視， 對(duì)其設(shè)計(jì)所需考慮的因素已經(jīng)有了較詳細(xì)的論述 . 陰極保護(hù)可以采用犧牲陽(yáng)極方式， 也可以采用外加電流方式。 從可靠性和管理維護(hù)等方面來(lái)看， 以犧牲陽(yáng)極型的陰極保護(hù)居多。 1983 ~ 1984年挪威船舶研究所在其北部大陸架進(jìn)行了6M o不銹鋼、金屬T i及熱噴鋁等材料在400~ 1200米深度陰極保護(hù)的研究. 又據(jù)報(bào)道， 在墨西哥灣1083~ 1945 米深海環(huán)境下也進(jìn)行了為期272天的實(shí)海暴露試驗(yàn)及金屬及合金材料的陰極保護(hù)性能研究。

研究表明： 在不同海域、不同深度以及不同暴露時(shí)間里，不同金屬及合金材料所需的陰極保護(hù)電流差異較大， 但一般在淺海比深海環(huán)境下對(duì)同一金屬及合金材料所需的陰極保護(hù)電流更高。 在挪威大陸架400 ~ 1200 米深度， 對(duì)6M o 不銹鋼， 兩個(gè)月后極化電流在0.08~ 0. 16 A /m2 間變化； 對(duì)金屬T,i 極化電流在0.06~ 0. 12 A /m2 間變化； 對(duì)熱噴鋁涂層， 電流需求量在0~ 0. 04 A /m2 間變化。 極化電流的變化主要取決于試驗(yàn)地點(diǎn)、季節(jié)及海水深度。 數(shù)據(jù)亦表明隨著緯度增高，初始陰極保護(hù)電流需求量亦增加， 這與海水流速增加有關(guān)。在表層海水附近（ 50~ 100米深度）， 初始陰極保護(hù)電流需求量很高， 一般大于0.3 A /m2, 隨著深度降低到500 米， 其需求量逐漸降低。 在600米和1335米深度， 當(dāng)初始設(shè)計(jì)電流密度為0.22 A /m2 時(shí)， 在2個(gè)月內(nèi)可極化到保護(hù)電位； 而在200米深度， 所需的初始電流密度為0.3 A /m2.試驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)均表明， 在環(huán)境溫度下， A-l Zn-In 及Zn合金常用于犧牲陽(yáng)極材料， 它們?cè)谏詈：蜏\海下陰極保護(hù)性能很接近。 在高溫及高壓條件下， 犧牲陽(yáng)極的保護(hù)性能可能會(huì)降低。 1992年NACE報(bào)告表明， 環(huán)境的靜壓力對(duì)犧牲陽(yáng)極的保護(hù)性能沒(méi)有影響 , 然而該報(bào)告缺少不同陰極保護(hù)下海水環(huán)境如何影響陽(yáng)極性能的數(shù)據(jù)。 F ischer K P等認(rèn)為陽(yáng)極性能數(shù)據(jù)取決于陽(yáng)極試驗(yàn)條件及暴露周期。 E spe lid B 等報(bào)告了犧牲陽(yáng)極A -l Zn- In的長(zhǎng)期測(cè)試結(jié)果； 發(fā)現(xiàn)A -l Zn- In暴露半年后利用效率為2570 Ah /kg, 而暴露1 年和215年后，其利用效率分別降為2280 Ah /kg 和1860 Ah /kg. 因此， 當(dāng)試驗(yàn)周期從半年增加至21 5 年時(shí)， 其利用效率降低了25% 以上。 但就陽(yáng)極電流密度的作用效果而言， 在低的陽(yáng)極電流輸出量下， 結(jié)果顯示長(zhǎng)時(shí)間暴露下其保護(hù)效率并未降低。 因此，陽(yáng)極電流輸出量可能也是保護(hù)效率的一個(gè)重要因素。

一般認(rèn)為， 陰極保護(hù)電流密度可以用與下述變量相關(guān)的函數(shù)表示：  i= f（O, V, t, c, T ） （ 3）其中： i為陰極保護(hù)電流密度， O 為海水中溶解氧的濃度， V為海水流速， t為海水溫度， c為鈣質(zhì)層或其它沉積物的作用， T 為作用時(shí)間。 其中氧含量與海水流速是決定陰極保護(hù)電流密度的主要因素。

深海潛艇是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的重要武器， 因此其選材尤其重要。 美國(guó)/ 海狼0級(jí)核潛艇采用HY-100鋼作艇殼材料， 可深潛600米； 俄羅斯/ 阿爾法0級(jí)核潛艇采用鈦合金為殼體材料， 最大下潛深度可達(dá)914米。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬及合金材料在深海環(huán)境下的腐蝕影響因素眾多， 其中最主要的與溶解氧含量相關(guān)， 在深海環(huán)境下溶解氧含量已經(jīng)大到足夠使許多材料發(fā)生腐蝕。 國(guó)外已經(jīng)在深海實(shí)海暴露及室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)研究中開(kāi)展了許多有意的探索， 獲得了大量的數(shù)據(jù)。 聯(lián)合采用實(shí)海暴露及室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)將能有效研究材料的深海腐蝕行為， 為深海材料的選用提供最可靠依據(jù)， 是今后深海材料腐蝕行為研究的發(fā)展方向。

隨著深海領(lǐng)域的不斷開(kāi)發(fā)和利用， 對(duì)金屬、合金材料及構(gòu)件的陰極保護(hù)也受到了格外的重視， 在不同海域、不同深度以及不同暴露時(shí)間里， 不同金屬及合金材料所需的陰極保護(hù)電流差異較大， 一般在淺海比深海環(huán)境下對(duì)同一金屬及合金材料所需的陰極保護(hù)電流更高， 陽(yáng)極電流輸出量可能是保護(hù)效率的一個(gè)重要因素。