深海环境下金属腐蚀与防护

Title,51,First level,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,College of Materials Science and Technology,深海环境中金属的腐蚀与防护,金属的腐蚀,全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的1/3。,全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达万亿美元，约占各国国内生产总值GDP的2%4%，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的倍。,研究深海金属腐蚀与防护的意义,军事,科研,经济,研究深海金属腐蚀与防护的意义,金属腐蚀简介,金属腐蚀简介,金属腐蚀的本质,本质是：金属失去电子被氧化,金属阳离子,失,e,氧化反应,金属原子,金属腐蚀简介,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,电极反应,联系,Fe,2,O,3,n,H,2,O,铁锈,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,水膜呈,酸性,。,水膜呈,中性,或,酸性很弱,。,负极,Fe(- ),Fe-2e,-,=Fe,2+,2Fe-4e,-,=2Fe,2+,正极,C(+),2H,+,+2e,-,=H,2,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,总反响:,Fe+2H,+,=Fe,2+,+H,2,2Fe+2H,2,O+O,2,= 2 Fe(OH),2,4Fe(OH),2,+2H,2,O+O,2,=4Fe(OH),3,CO,2,+H,2,O H,2,CO,3,H,+,+HCO,3,-,金属腐蚀简介,负极：,Fe,2e,-,Fe,2+,正极：,2H,+,2e,-,H,2,总反响：Fe+2H+=Fe2+ +H2 ,负极：,2Fe,4e,-,2Fe,2+,正极：,2H,2,O+O,2,+4e,-,4OH,-,总反响：2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3= Fe2O3 nH2O+(3-n)H2O,钢铁的,析氢腐蚀,钢铁的,吸氧腐蚀,金属腐蚀简介,金属防腐常用方法,海水近似看做,3.5%,的氯化物盐溶液。几乎含有地壳中所有的自然状态的元素。海水中含氧量大，表层海水可以认为被氧饱和，随温度变化，氧含量在,5 10mg/L,范围。,pH,：,7.5,，呈微碱性。,温度：,-2 35,C,电导率高,2540mScm,-1,15,海洋的腐蚀环境大致可分,为以下几类：,1,、海洋大气区,2,、飞溅区,3,、海水潮差带,4,、海水全浸带,5,、海泥带,深海定义：按照?中国大百科全书?的定义,深海是指200米以下的海洋环境,与浅海相比,深海环境下的温度、静水压力、含氧量、pH、含盐量、流速、生物环境等一系列与材料腐蚀相关的因素都发生了明显的改变。,含氧量：,随海水深度的增加,溶解氧含量先减少后增加,300一1000m深海海水含氧量相对较低,I000m以下海水含氧量增加。,温度：,随水深的增加海水温度逐渐降低,最初300m下降速度很快,再向下到I000m温度下降速度减小,低于这个深度温度几乎恒定在0上下几度范围内,4000m以下温度分布均匀,整个大洋水温差不过3左右。,静水压力：,在海水温度、盐度和海水密度不变的条件下,海水深度每增加100m,静水压力增加1MPa,随海水深度的增加,静水压力呈线性增加静水压力是深海区别于浅海海水一个重要的因素。,pH：,随海水深度的增加,海水pH值变化不大,一般稳定在7.5一8.2之间。,含盐量：,海水的含盐量在整个海洋中变化很小,总体来说为3.3%一3.7%,从腐蚀的角度来看这样的变化可以忽略。,流速和波浪：,海水流速是个复杂的变量,随着地域和深度的不同而有所差异,通常海洋深层和近海底的洋流要比外表洋流缓慢。,生物污损,在表层海水环境下,海洋生物对材料及构件的腐蚀非常严重,随海水深度的增加,海生物数量急剧降低，生物污损减轻。,深海环境金属腐蚀的实验方法,实海暴漏实验法,实验室模拟实验法,静水压力对深海工程涂料防护性能的影响,结果说明: 与 0.1MPa 海水浸泡相比，在 3.5 MPa 静水压力条件下涂层具有不同的吸水特征; 涂层与金属基体间的附着力逐渐降低，涂层防护性能的劣化过程明显加快。,静水压力下Q235钢环氧涂层在3.5%NaCl溶液中的失效过程,利用电化学阻抗谱EIS研究了一种适用于深海环境的重防护环氧涂料在3.5%NaCl溶液中常压以及3.5MPa下的破坏机制探讨了静水压力对涂层失效过程的影响。,常压下涂层浸入,不同时间的交流阻抗图,下涂层浸入,不同时间的交流阻抗图,结果说明，静水压力加速了电解质溶液在涂层中的渗透，对涂层的失效过程有着明显的影响。与常压相比，静水压力下涂层电阻更小，涂层的失效过程更快；涂层金属界面的电荷转移电阻更小，界面处金属腐蚀反响更快，涂层下金属基体更容易发生腐蚀，涂层的防护性能变差。,循环压力对环氧涂层在模拟深海环境中失效行为的研究,在模拟深海环境下，利用电化学阻抗技术并结合重量法，研究了循环压力对纯环氧涂层在3.5mass%NaCl溶液中失效行为的影响。,进行了和的比照试验，,不同压力条件下涂层吸水率变化图,结果说明，循环压力条件下，涂层的阻抗行为呈周期性变化规律：在高压条件下浸泡时，有机涂层电容较高，涂层电阻较低；而常压条件下两者都较高。循环压力增大，腐蚀介质更容易扩散到涂层内部，是得涂层吸水量增加，涂层电阻降低，涂层防护性能恶化。,总结,深海环境中金属腐蚀采取合理选材和外表涂覆的方法,进行深海环境中金属腐蚀的实验包括实海暴露法和实验室模拟法,课题初探,采用薄膜涂覆法：,在基材上制备薄膜，要求该薄膜能够耐受深海压力，并且可以为基材提供良好的耐蚀性。,薄膜可以为有机薄膜或者无机薄膜，制备方法待定。,实验方法：,采取实验室模拟法来测量耐蚀性能。,谢谢大家！,