作為強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的海洋環(huán)境，致使服役于其中的絕大部分金屬部件都面臨著嚴(yán)重的腐蝕問題，上至海洋大氣，下至幾千米深的海底，金屬部件的腐蝕問題成為從事材料科學(xué)研究的人員永遠(yuǎn)需要面對的實際問題，雖然經(jīng)歷的近百年的研究，金屬在海洋環(huán)境中的腐蝕問題已經(jīng)得到了一定程度的解決，高耐蝕材料不斷涌現(xiàn)，有效的防腐措施也在很大程度上延長了金屬材料在海洋環(huán)境中的使役壽命。但是，隨著科技的發(fā)展，新的腐蝕問題也層出不窮。

　　服役于海洋油氣田開發(fā)、港口建設(shè)、跨海大橋、海底隧道、船舶工程等領(lǐng)域的金屬材料主要遭受海洋高濕熱苛刻環(huán)境的腐蝕作用。研究發(fā)現(xiàn)鋼鐵材料在南海高濕熱環(huán)境下的腐蝕速率比內(nèi)陸地區(qū)高出3-10倍，且相對于海洋大氣區(qū)、海水潮差區(qū)、海底泥土區(qū)等其它常溫海洋環(huán)境，海洋高濕熱環(huán)境是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域（見圖1）。這種金屬腐蝕，特別是鋼鐵設(shè)施關(guān)鍵部位的腐蝕行為，嚴(yán)重威脅海洋工業(yè)領(lǐng)域的安全生產(chǎn)。由此，解決這種海洋高濕熱環(huán)境下的金屬腐蝕問題為海洋腐蝕研究中重點問題之一。

圖1 海洋高濕熱環(huán)境下工程結(jié)構(gòu)鋼腐蝕照片

　　另外，隨著海洋資源的深層次利用，海水發(fā)電已成為解決世界能源緊缺的有效手段之一，但近年來發(fā)現(xiàn)，在沿海發(fā)電廠服役的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)在腐蝕過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕問題，極大地危害了生產(chǎn)安全；國家正在大力加強(qiáng)海洋國防建設(shè)，研制新型航母，但同樣發(fā)現(xiàn)，長期在近海地區(qū)工作的海航發(fā)動機(jī)包括艦載機(jī)和艦載直升機(jī)等的壓氣機(jī)葉片（腐蝕形貌見圖2），在艦艇排煙管、核潛艇一回路服役的金屬部件也出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕問題，腐蝕程度比內(nèi)陸地區(qū)顯著增加，同種金屬部件在高溫海洋環(huán)境服役壽命比內(nèi)陸地區(qū)縮短幾倍，嚴(yán)重威脅了我軍的國防安全和戰(zhàn)斗力，而且高溫海洋環(huán)境下各種應(yīng)用部件頻繁更換將消耗更多的物力財力，因此，解決高溫海洋環(huán)境中金屬材料的腐蝕問題是保障國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防安全的當(dāng)務(wù)之急。

圖2 Fe-25Cr合金在500oC氧化（a）及鹽水蒸汽協(xié)同環(huán)境（b）服役10小時后表面形貌照片

　　服役于海洋高濕熱環(huán)境的金屬材料主要遭受海洋大氣干濕交替、日照等作用，其中干濕交替作用最為顯著。干濕交替腐蝕主要以濕態(tài)大氣中的電化學(xué)腐蝕為主，但材料在干態(tài)大氣海洋環(huán)境中也會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在大氣環(huán)境下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)十分微弱，但化學(xué)反應(yīng)所引起的氧化膜成分和結(jié)構(gòu)的變化卻導(dǎo)致未來材料在濕態(tài)海洋大氣環(huán)境中的腐蝕速度顯著提高。可見，這種干濕交替作用，實質(zhì)上為化學(xué)-電化學(xué)交互作用，正是這種化學(xué)-電化學(xué)交互作用顯著提高了金屬腐蝕速度。

　　對服役于海洋鹽水蒸汽共存高溫環(huán)境（300-600℃）下的金屬材料失效機(jī)制的初步分析發(fā)現(xiàn)，部件服役環(huán)境溫度高，而且近海環(huán)境致使金屬部件表面沉積了部分鹽粒、甚至形成了鹽膜，加之環(huán)境中存在大量的水蒸氣，由于鹽的毛細(xì)作用為電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生提供條件，同時高溫環(huán)境下存在氧化行為。金屬材料在這種電化學(xué)和化學(xué)氧化的協(xié)同作用下發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕。針對金屬材料的電化學(xué)腐蝕歷程，金屬所的科研人員提出了“動態(tài)水膜理論”，認(rèn)為水蒸汽在基體表面不斷地吸附、脫附，形成了一層動態(tài)水膜，這層動態(tài)水膜為電化學(xué)腐蝕反應(yīng)提供了條件，金屬作為陽極發(fā)生溶解，形成水合金屬氧化物，該氧化物通過脫水沉積的方式形成了疏松的氧化膜，這種氧化膜不具有保護(hù)作用，因此，材料的腐蝕被大大加劇。雖然動態(tài)水膜理論很好地解釋了金屬在鹽水蒸汽環(huán)境中腐蝕速度大大加劇的現(xiàn)象，而且也檢測到了腐蝕歷程中的電化學(xué)腐蝕信息，證實了電化學(xué)歷程的存在，但目前還沒有觀測到金屬表面動態(tài)水膜的存在，對于電化學(xué)歷程的起因、腐蝕歷程以及與化學(xué)氧化的交互作用機(jī)制尚不清楚，國內(nèi)外相關(guān)的研究工作少而又少。

　　針對目前嚴(yán)重的腐蝕問題及研究現(xiàn)狀，急需開展如下研究工作。首先針對高濕熱海洋大氣環(huán)境中服役高強(qiáng)耐候鋼材料，開展實驗室模擬高濕熱、強(qiáng)輻射、高CL-腐蝕環(huán)境下鋼鐵材料的耐蝕性能評價方法研究。搜集并分析高濕熱海洋性大氣腐蝕環(huán)境中的溫度、潤濕時間、鹽離子含量、日照時數(shù)、年降雨量等氣候數(shù)據(jù)，對實驗室模擬大氣腐蝕試驗裝置進(jìn)行升級改造，形成高濕熱海洋性大氣環(huán)境腐蝕耐蝕性能標(biāo)準(zhǔn)評價方法。同時開展高強(qiáng)耐候鋼材料在高濕熱、強(qiáng)輻射、高CL-濃度等多因素交互作用下的腐蝕行為規(guī)律研究。利用模擬高濕熱海洋性大氣環(huán)境腐蝕試驗裝置和電化學(xué)裝置，模擬改變溫度、濕度、CL-濃度、日照時間、潤濕時間等主要影響因素，研究銹層形成和失效機(jī)制。另外，要探討低合金耐候鋼中不同元素、不同組織對高濕熱海洋大氣環(huán)境因素的敏感性，剖析適于南海海洋大氣的金屬材料合金化原則，為該環(huán)境下金屬材料選材及新型金屬材料開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

　　其次對于中高溫海洋大氣環(huán)境壓氣機(jī)服役金屬材料，開展耐熱不銹鋼在不同含鹽量、溫度、水蒸汽含量等多重環(huán)境因素下腐蝕行為的研究工作，表征中溫海洋大氣動態(tài)薄液膜下金屬材料的氧化動力學(xué)規(guī)律，明確腐蝕過程中的電化學(xué)反應(yīng)歷程，掌握電化學(xué)腐蝕反應(yīng)機(jī)制；全面闡明該環(huán)境下化學(xué)氧化與電化學(xué)腐蝕的交互作用機(jī)制。同時，掌握耐熱不銹鋼在中溫濕熱海洋大氣中的腐蝕行為與含鹽量、溫度、濕度的關(guān)系，確定決定材料腐蝕的關(guān)鍵環(huán)境因素。探討耐熱不銹鋼中不同元素對中溫海洋大氣環(huán)境因素的敏感性，剖析適于該環(huán)境的金屬材料合金化原則，為該環(huán)境下金屬材料選材及新型金屬材料開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

　　綜上，有必要針對服役于海洋高溫環(huán)境下多種金屬材料的腐蝕行為開展相關(guān)的研究工作，揭示材料在高溫海洋環(huán)境中化學(xué)-電化學(xué)交互作用機(jī)制，探求決定材料在此環(huán)境中腐蝕的微觀機(jī)制，為設(shè)計可服役于高溫環(huán)境下的金屬提供理論依據(jù)，為該環(huán)境下服役金屬防護(hù)方法建立奠定理論基礎(chǔ)，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展，也為材料腐蝕與防護(hù)科學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

責(zé)任編輯：張春穎

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