深海腐蚀环境下钛合金海洋腐蚀的发展现状及展望

综述了钛合金及其他合金在深海极端腐蚀环境下的研究成果,总结了深海环境下腐蚀特征及应力腐蚀开裂、低周疲劳及高压蠕变等主要腐蚀破坏形式,指明上方海水的高静水压造成深海装备等的腐蚀失效和缺陷对于深海空间站等大型装备的安全性等至关重要。深海腐蚀的电极反应受到深海高静水压的影响的与普通水溶液腐蚀大为不同,值得深入研究;另一方面,对近期利用材料计算工程方法对于深海极端环境下腐蚀过程的模拟进行了介绍和总结,并总结了自主研发的专用深海腐蚀模拟装置的发展现状。基于钛合金在深海会发生的应力腐蚀开裂、低周疲劳、高静水压力导致的高压压缩蠕变及相应的电极反应方面研究,提出了我国深海环境下钛合金腐蚀研究的主要问题和未来亟待解决的相关问题。     

深海环境钢材腐蚀行为评价技术

采用电化学、人工神经网络和数据库方法研究了5种海洋工程钢材在5000m深海环境中非现场腐蚀行为评价技术.结果表明,温度、溶解氧、盐度和pH值是评价5种海洋工程钢材海水腐蚀行为的主要介质参数.根据这一结果,用人工神经网络技术建立了温度、溶解氧、盐度和pH值与5种海洋工程钢材海水腐蚀速度的相关数据库MCM-CORRDB03,并采用WOA海洋要素分布数据集建立了MCM-GOCEANDB03全海域海水腐蚀参数数据库,进而使用MCM-CORRDB03和MCM-GOCEANDB03两个数据库评价了5种海洋工程钢材在5000 m深海环境腐蚀行为,证实了5种钢材均在700 m左右存在最低腐蚀速度,以及溶解氧对钢材深海腐蚀行为具有最主要的影响.结果表明,结合采用多种非现场方法可以可靠评价深海环境钢材的腐蚀行为.     

金属材料在模拟深海中的腐蚀电位

利用自行研制的多通道电位自动采集装置,测试了19种金属材料在8 MPa模拟深海环境中的腐蚀电位,分析了腐蚀电位变化规律,得出了试验用金属材料在模拟深海中的腐蚀电位序。结果表明：碳钢、低合金钢、铝合金、铜合金及铝阳极均迅速达到稳定电位,电位波动较小;不锈钢和镍基合金在试验初期的腐蚀电位较正,随着浸泡时间的延长,腐蚀电位明显减小,电位变化幅度较大;金属材料在模拟深海环境中仅存在一个状态稳定电位,稳定腐蚀电位从低到高顺序大致为：铝阳极、铝合金、碳钢、低合金钢、高强不锈钢、铜合金、不锈钢、镍基合金。     

深海环境碳钢的腐蚀与防护

深海工程腐蚀防护技术对深海油气田开发进展的影响日益凸显。综述了海水溶解氧浓度、温度、压力、盐度、流速、生物环境等多种因素对深海金属材料腐蚀的影响,结合不同水深条件下含氧量对碳钢材料腐蚀的实际为基础,总结了采用有机涂层和阴极保护两大深海碳钢材料的腐蚀防护措施。     

深海装备微生物腐蚀研究现状及发展趋势

主要介绍了深海装备微生物腐蚀机制，回顾了深海装备微生物腐蚀现状，分析并概述了微生物腐蚀的研究趋势，并对这一研究领域的影响因素进行了讨论。目前深海微生物腐蚀研究不多，且深海微生物环境模拟方法和技术也存在很多不足和不确定因素，应加强以应用为目的的深海装备微生物腐蚀性能研究，探索其在深海极端环境中的腐蚀规律和防护方法，并建立深海微生物腐蚀数据库，为今后深海装备的设计应用、防腐等性能的提高提供强有力的支持和保障。     

深海腐蚀研究试验装置成功投放

中船重工七二五所青岛分部暨腐蚀与防护国防科技重点实验室材料深海腐蚀性能研究课题组的科研人员,于2008年9月13日搭乘中科院南海海洋研究所试验三号科学考察船,在我国南海海域进行了深海腐蚀试验装置的投放工作,并获圆满成功。首次在500～1000m不同深度成功投放了3套深海腐蚀试验装置,     

深海微生物培养装置的研究

叙述了开发深海环境模拟系统的重要性和紧迫性,提出了一个完整的地面模拟深海环境微生物培养设备的设计方案,探讨了高压密封、负压密封、污染控制、安全保护、防腐蚀、取样观察等关键技术的解决方法。     

钛合金深海应力腐蚀研究进展

基于对钛合金应用及研究报道的梳理,综述了钛合金深海应力腐蚀产生原因及机理,探讨了静水压力、溶解氧含量、pH值和温度等深海环境因素对应力腐蚀开裂的影响,以期为今后钛合金深海应力腐蚀开裂等局部腐蚀行为及机制的深入研究提供参考,为优化钛合金组织性能,建立深海先进钛合金材料体系提供支撑。     

ZAlSi7Mg铝合金在深海环境中的腐蚀行为研究

为研究深海低温高压环境中ZAlSi7Mg铝合金的腐蚀行为,采用深海高效串型试验装置进行西太平洋海域腐蚀试验,利用SEM、EDS、XPS等技术分析了ZAlSi7Mg铝合金在500、800、1200和2000 m海深下的长周期腐蚀速率、点蚀深度、腐蚀形貌及腐蚀产物,并与中国南海海域深海腐蚀规律进行对比。结果表明：(1)ZAlSi7Mg铝合金在西太平洋500和2000 m深度处的腐蚀速率和腐蚀产物厚度均高于800和1200 m深度处,且随着海水深度增加,铝合金平均点蚀深度逐渐减小;(2)深海环境中ZAlSi7Mg铝合金的腐蚀类型主要是点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀;(3)在西太平洋深海环境中,试验深度较大处试样与较浅处试样相比,表面腐蚀产物中含Al化合物含量较高,而含Mg的化合物含量较低,腐蚀产物主要包括Al₂O₃、Al(OH)₃、Al₂SiO₅和Mg(OH)₂。(4)在西太平洋和中国南海同一海水深度处,ZAlSi7Mg铝合金的腐蚀速率和点蚀深度均存在较大差别。在中国...     

深海环境下金属及合金材料腐蚀研究进展

综述了深海环境下溶解氧含量、温度、pH、溶解CO2含量、含盐度、静压力、流速以及生物环境等各项因素对金属及合金材料腐蚀的影响,认为溶解氧含量通常为金属及合金材料腐蚀的最主要因素;重点介绍了实海暴露方法和室内模拟加速腐蚀方法在深海环境下的研究进展及具体应用,指出最好将室内模拟加速腐蚀试验和实海暴露方法相结合,同时体现二者的优势以研究金属及合金材料的腐蚀行为;总结了深海环境下金属及合金材料的腐蚀状况,对其防护手段-阴极保护及涂层保护进行了概述.     

N6 和 Monel400 镍合金在中国南海深海环境下的腐蚀行为研究

通过实海暴露实验,研究了N6纯Ni和Monel400镍合金在中国南海海域800和1200 m深海环境下的长周期 (3 a) 腐蚀行为。采用SEM,EDS和XRD技术,分别进行了腐蚀形貌观察,腐蚀产物成分和相组成分析。结果表明：在深海环境下,Monel400镍合金的耐局部腐蚀能力要优于N6纯Ni。N6纯Ni在绿色腐蚀产物膜 (由NiCl₂6H₂O组成,还覆盖有少量的CaCO₃和MgCO₃等无机盐类) 下发生了很严重的隧道腐蚀,甚至出现了局部穿孔现象。Monel400镍合金表面生成了宽浅型的点蚀坑,点蚀坑上覆盖有由 (CuNi)₂Cl(OH)₃组成的腐蚀产物。N6纯Ni和Monel400镍合金的最大点蚀坑深度均随水深的增加而降低。     

304 不锈钢在模拟深海和浅海环境中的应力腐蚀行为

目的研究304不锈钢在模拟深海和浅海中的应力腐蚀开裂(SCC)行为。方法通过控制不同环境因素模拟南海某海域环境,利用动电位扫描、交流阻抗谱、慢应变速率拉伸(SSRT)及SEM表面分析等手段进行研究。结果 304不锈钢在模拟海水溶液中呈现钝化状态,出现应力腐蚀敏感性,且裂纹扩展方式为穿晶开裂。在深海中的SCC机制为氢致开裂,浅海中的SCC机制主要为阳极溶解。结论 304不锈钢在深海与浅海中的SCC机制不同,但两者的SCC敏感性相近且相对较低,在模拟海水环境中的应用不受海水深度限制。     

中国首个深海腐蚀数据库建成

历时多年，中船重工集团第七二五研究所的海洋腐蚀与防护国家级重点实验室日前成功打破国外技术封锁，用具有自主知识产权的试验装置和方法，获取了我国首批一手的深海腐蚀试验数据，为我国深海装备设计制造及腐蚀防护提供了宝贵的技术支撑。     

10CrNi3MoV钢在西太平洋深海环境下的腐蚀行为研究

以10CrNi3MoV钢为研究对象,在西太平洋海域不同深度下进行实海腐蚀试验,通过形貌观察、腐蚀失重计算、点蚀测量以及产物成分分析等方法对其腐蚀行为进行了研究。结果表明,10CrNi3MoV钢在西太平洋深海环境下的腐蚀形貌主要为点蚀,随深度增加表面点蚀密度和点蚀深度均增大;腐蚀速率随深度的增加先减小后略有增加,与深海溶解氧含量随深度变化规律一致。由于合金元素的添加导致深海环境局部腐蚀敏感性增大,相同条件下10CrNi3MoV钢耐蚀性劣于普通碳钢。10CrNi3MoV钢形成的晶态腐蚀产物主要为γ-FeOOH;随海水深度增加,晶态腐蚀产物相逐渐减少。     

907A低合金钢在模拟深海环境中的腐蚀行为及机理

利用自制试验装置,通过静态失重试验、电化学测试,研究了907A低合金钢在模拟1 000 m深海环境中的腐蚀行为,并对其腐蚀机理进行了分析。结果表明：907A低合金钢在模拟深海环境中的腐蚀速率随浸泡时间的延长而逐渐减小,最终趋于稳定,致密均匀的锈层有效遏制了腐蚀性离子向基体渗透,起到防护作用;腐蚀产物主要以α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄为主,随着浸泡时间的延长,γ-FeOOH向α-FeOOH的转化使907A钢的腐蚀速率降低;浸泡初期907A钢表面主要发生点蚀,点蚀萌生于基体与夹杂物界面处,随着浸泡时间的延长,点蚀逐渐转变为均匀腐蚀。     

深海环境下静水压力对纯镍腐蚀行为的影响

采用动电位极化、电化学阻抗和Mort-Schottky等电化学测试方法,研究了在室温、3.5% NaCl溶液条件下,静水压力对纯镍的钝化膜性能的影响.结果表明:随着静水压力的增加,纯镍的腐蚀速度增大,阴极过程保持不变,阳极过程加速.静水压力对阳极过程的影响:一方面提高纯镍钝化膜的抗腐蚀能力,使钝化膜中的受主密度减小,空间电荷层的厚度增加;另一方面,恶化了纯镍的钝化膜腐蚀抗腐蚀能力,使钝化膜变得不稳定,并且表现出较高的化学溶解速度和空穴扩散系数.静水压力对纯镍钝化膜的恶化作用比提高作用对阳极过程的影响更大,导致纯镍的抗腐蚀能力随着静水压力的提高而减小.     

分子模型技术在腐蚀缓蚀上的应用

简要介绍了分子模型技术的历史发展、方法、应用、优点及局限性。随着计算机技术的发展和人们对微观世界认识的不断深入，分子模型技术也在不断发展完善。但为了获得可靠的结果，分子模型技术应该与具体的应用环境结合起来。     

钛铝伪合金涂层在模拟深海压力下的腐蚀行为

通过电化学测试和微观组织分析等方法,研究了钛铝双丝高速电弧喷涂伪合金涂层在模拟深海压力条件下的腐蚀行为。结果表明:钛铝伪合金涂层在6 MPa高压静水条件下仍保持了较好的耐蚀性能,主要是由于涂层中富Ti相基本未被腐蚀,在涂层结构中起到了支撑骨架的作用,富Al相则起到了牺牲阳极保护的作用。同时腐蚀产物有效地填充了富Ti相的"骨架"结构,使之形成具有高度"自封闭"效果的涂层,强化了涂层的耐蚀效果。     

铈离子修饰SiO2膜层在模拟深海条件下的腐蚀行为研究

在X80钢上分别用溶胶-凝胶法和电沉积法制备了铈离子修饰SiO₂膜层,并研究了膜层在20 MPa下3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。利用高温高压电化学反应釜对试样的开路电位、电化学阻抗、极化曲线进行了测试,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪以及接触角测试仪对试样腐蚀形貌、腐蚀产物相以及接触角进行了分析。结果显示,两种方法制备的膜层的抗腐蚀性能在深海均有下降,且电沉积膜层下降尤为显著。在20 MPa去离子水中浸泡后的膜层均未出现明显裂纹;在20 MPa盐水中浸泡后,电沉积膜层出现些许开裂,而溶胶-凝胶膜层仍较为完好;在20 MPa盐水中恒电位极化腐蚀后,电沉积膜层出现明显龟裂和脱落,而溶胶-凝胶膜层仅出现开裂。两种膜层腐蚀之前均表现亲水性,而腐蚀后接触角明显增大,呈现出疏水性。     

有机涂层在模拟深海环境中电化学行为研究

    采用压力釜模拟深海环境、结合电化学交流阻抗技术研究了Intershield 300 ENA301有机涂层在3.5%NaCl水溶液中的电化学行为.结果表明,相同厚度的有机涂层在3MPa压力条件下的阻抗和电化学反应阻抗较常压下小一个数量级以上,而涂层电容却大很多.涂层特征频率表明,在3MPa压力条件下的特征频率较常压下的高很多,表明涂层在压力作用下缺陷率高于常压条件,压力加速了有机涂层的失效.