海洋大气环境下装备材料的腐蚀与防护研究进展(2)

4）应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking，SCC）是指合金在一定拉伸应力的作用下，由于腐蚀介质与应力的协同作用导致的脆性断裂现象，其发生需同时具备三个条件：敏感材料、特定介质以及足够大的拉应力。SCC过程分为三个不同阶段，包括孕育期（裂纹形核）、裂纹扩展期和快速断裂期。研究SCC的最基本问题是探索裂纹萌生和裂纹扩展的成因。其中裂纹萌生机理主要有阳极溶解理论和氢脆理论；裂纹扩展机理主要有“闭塞电池”理论、膜破裂理论和氢原子吸附理论。北京科技大学的杜翠微教授等人[25]发现，在模拟的热带海洋大气中，多用途高强度低合金贝氏体钢对 SCC非常敏感。厚而紧致的钢锈层中腐蚀性介质的分布不均匀，离子传质过程加速，产生局部活性溶解区域（例如腐蚀坑）。电化学阳极过程受到抑制，阴极过程得到促进，特别是氢的释放反应，导致点蚀坑处微裂纹的形成并跨晶粒扩展。

5）电偶腐蚀（Galvanic Corrosion）通常是指由于电位差的存在，两种不同的金属相分别作为阳极和阴极，形成电偶对，产生电偶电流，进而导致的电化学腐蚀。其中电偶腐蚀阴极可以是与合金接触的电位更正的其他金属，也可以是内部的第二相或杂质颗粒。金属材料在使用过程中，极易受到电偶腐蚀破坏。钢中复合夹杂物和钢基体之间存在电势差，以Al-Ti-Mg脱氧钢为例，在海洋大气腐蚀环境中，MnS夹杂物起阳极作用，优先腐蚀和溶解；MgAl2O4和 Al2O3起阴极作用，导致铁基体的腐蚀，MgTiO3和MgTi2O4的不同端面同时起阳极和阴极的作用，因此促进了钢基体的腐蚀，这是内部因素对材料腐蚀的直接加速作用[26-28]。异种金属接触也会导致严重的电偶腐蚀。中科院的宋影伟研究员等[29]发现，电偶腐蚀不仅会加速2024铝合金的溶解，而且会改变其腐蚀形式，未与合金钢耦合的2024铝合金呈现点蚀，但耦合的2024铝合金则表现出典型的晶间腐蚀（IGC）形态。

2 海洋大气腐蚀的表面防护对策

目前，海洋大气环境腐蚀防护已从被动防护向主动控制方向发展。海洋环境腐蚀防护的实质是降低材料与海洋环境之间的电化学反应速度，改善材料、改变环境、把材料和环境两者隔离、或者减少腐蚀性介质在材料与环境之间的交换等均是相应的有效措施。因此，需从装备选材与结构环境适应性设计、有效表面防护、环境控制、加强维护保养等方面着手，采用系统工程方法来解决海洋大气环境中装备的腐蚀问题。

2.1 选材与环境适应性设计

选用耐腐蚀/老化性能优异的海洋材料并进行合理的结构设计是提高舰载武器、海洋工程装备、基础设施等耐腐蚀性能的有效措施。首先要充分考虑所选材料环境适应性，采用有针对性的腐蚀防护措施，考虑装备寿命周期内费效比。选材设计时要注意不同材料的相容性，结构上要考虑防凝露和积水设计、防缝隙腐蚀设计或密封设计等。

2.2 表面防护

2.2.1 电化学保护

利用电化学阴极保护是控制海洋腐蚀的重要措施之一。阴极保护可选择牺牲阳极或外加电流保护方法。阴极保护技术的发展主要体现在两个方向：一是阴极保护设计技术的提高，如采用计算机辅助优化设计；二是外加电流阴极保护系统各部件材料的不断改进和性能的不断提高，如辅助阳极以及混合金属氧化物阳极等。值得注意的是，对于阴极保护系统，阴阳极的电化学行为受海水的深度、含氧量、pH、温度、盐度等多种因素的影响，最佳的阴极保护系统设计应综合考虑阳极电流容量、平均电流密度、极化性能等因素的影响[30-32]。此外，阴极保护往往需要与涂层保护联合使用，以达到更为理想的防护效果。

2.2.2 隔离防护

1）表面改性主要包括离子注入[33]、激光表面处理[34]、热扩散和电子束调制等，主要是改变金属表面层的成分、相组成或结构，使表面层的耐蚀性能得到提高，以达到提高金属材料耐蚀性的目的。近年来，表面疏水化改性处理成为新的发展趋势。Ruiz de Lara等[35]用激光制造超疏水铝表面技术，由于氧化层的形成和空气在微结构中的滞留，得到的超疏水表面表现出改善的腐蚀速率和抗极化性。Trdan等[36]通过激光织构方法获得了超疏水不锈钢，耐蚀性显著提高。吉林大学的Wang等人[37]开发了一种结合了纳秒激光烧蚀和化学浸没处理表面改性化技术，经处理的低碳钢表面达到了超疏水性（水接触角为158.9°），提高了在海洋大气环境中的耐腐蚀性。

文章来源：《中国腐蚀与防护学报》 网址: http://www.zgfsyfhxb.cn/qikandaodu/2021/0710/895.html