淺談深海環(huán)境中的材料腐蝕與防護(hù)研究分析

方昶

【摘 要】本文從深海環(huán)境因素的特點著手，結(jié)合其對合金與金屬等材料的影響作用，論證出這些因素的存在是導(dǎo)致深海環(huán)境下金屬及合金材料腐蝕的重要原因。介紹了深海環(huán)境下金屬和合金材料目前的腐蝕情況，希望對預(yù)防和減少深海環(huán)境下金屬及合金材料腐蝕起到參考作用。

【關(guān)鍵詞】深海環(huán)境；材料；腐蝕

一、研究背景

深海生物圈的生物資源十分豐富，被譽(yù)為是具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ纳镔Y源寶地。隨著對深海的研究進(jìn)一步深入，深海技術(shù)得到相應(yīng)提高，且被廣泛運用到眾多領(lǐng)域中，產(chǎn)生積極的作用。例如深海航行器的強(qiáng)大功能能夠提高海洋搜救工作的效率。深海技術(shù)是一項科技頂尖技術(shù)，關(guān)乎到海洋科學(xué)以及海洋資源開發(fā)與利用的未來發(fā)展。然而深海技術(shù)大多是出于軍事需要，通常與軍事力量相掛鉤，因此在做深入研究時，可供參考的文獻(xiàn)或數(shù)據(jù)資料少之又少，但是為了科學(xué)改善海洋污染的現(xiàn)狀、有效促進(jìn)海洋資源的開發(fā)與利用以及切實維護(hù)國家海洋權(quán)益，各個國家都致力于投身到深海設(shè)備的研究與開發(fā)的行列中。部分發(fā)達(dá)國家早在上世紀(jì)六十年代以及意識到深海技術(shù)的重要性，開始了對材料的深海環(huán)境腐蝕實驗研究，并利用到實際深海資源的開發(fā)中，近年來，印度和挪威等國家也重視深海的研究工作，取得一定成效，但反觀我國的深海研究狀況，起步晚，發(fā)展速度慢是生活研究難以取得跨越性突破的重要原因。

二、深海材料

海洋產(chǎn)業(yè)的價值隨著社會的進(jìn)步日益凸顯，極大程度上拉動國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海洋開發(fā)正在不斷開拓新的發(fā)展空間，深海材料必定能夠為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力，成為我國最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d戰(zhàn)略型支柱產(chǎn)業(yè)。深海工程裝備的建設(shè)立足于高性能深海工程材料，能夠大力拉動海洋深海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有效推動海洋產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。因此，在探討深海資源開發(fā)時，必不可少的重要研究方向是研究深海材料的防腐問題。

1.高性能鋼

除了具備普通鋼材加工便利、承受能力強(qiáng)以及價格低廉等優(yōu)點外，高性能鋼在吸收能量、韌性、疲勞強(qiáng)度等方面都有相當(dāng)出色的表現(xiàn)。談及用途，高性能鋼是建造海洋系泊鏈以及海底管道的必要材料，除此之外，還可以作為制造耐壓殼體的材料。

2.合金材料

銅鎳合、鈦合金、鎳合金等是運用在深海中主要的合金材料，它們都有很強(qiáng)的耐腐蝕性能。其中，鈦合金材料由于其耐腐蝕性極佳，因此被廣泛運用到工業(yè)制造當(dāng)中，在海洋產(chǎn)業(yè)上也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，深潛器和水下機(jī)器人的制造必不可缺的重要材料就是鈦合金材料。

3.復(fù)合材料

復(fù)合材料由基質(zhì)材料和增強(qiáng)材料組成。就其優(yōu)點而言，復(fù)合材料一方面強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，另一方面其耐濕性和耐腐蝕性較為突出，所以深海工程建設(shè)中對于復(fù)合材料的需求量相當(dāng)大。

三、深海環(huán)境中的腐蝕影響因素

深海環(huán)境與海面、淺海有很大的區(qū)別，深海環(huán)境非常不理想，各腐蝕影響因子的值會根據(jù)海洋深度的增加而發(fā)生改變，進(jìn)而對深海設(shè)備的腐蝕產(chǎn)生影響。

1.溶氧量

海水中的溶氧量是造成深海設(shè)備腐蝕的重要因素。隨著海洋深度的增加，深海環(huán)境愈加惡劣，難以為綠色植物的生長提供必要的條件，因此綠色植物很難存活于深海中，導(dǎo)致氧的溶解量隨著海洋深度的增加而減少，在深海環(huán)境下溶解氧含量的變化極其容易引發(fā)腐蝕現(xiàn)象。

2.溫度

溫度是影響到材料的腐蝕行為的直接因素，還會對其他的腐蝕因素產(chǎn)生一定的影響。溫度升高加快了腐蝕現(xiàn)象的速度；而海水中氧的溶解度隨著海水溫度的升高而降低，有利于形成保護(hù)性鈣質(zhì)水垢，有利于減緩碳鋼的腐蝕速度。

3.鹽度

深層海水鹽度基本維持在三十五度，相對穩(wěn)定，海水表層鹽度降低，則深層鹽度會上升，使大洋鹽度基本保持穩(wěn)定。海水鹽度與深度呈正相關(guān)，但變化不明顯。

4.壓力

腐蝕速率與靜水壓力呈正相關(guān)，換言之，腐蝕速率隨著靜水壓力的增加的增大。在壓力不同的情況下，金屬或合金表面生成的腐蝕產(chǎn)物層的特性往往影響著深海材料的腐蝕情況。在較高壓力下，一些金屬的氧化物就較為容易轉(zhuǎn)化成水溶性氯氧化物，就會產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。與此同時，離子水合程度會減弱，造成形成腐蝕層的保護(hù)特性的變化。

5.流速

流速能夠通過減少金屬表面氧的擴(kuò)散層厚度，令金屬表面的溶解氧增多，氧的去極化作用與此增強(qiáng)。除此之外，海水不斷流動能夠沖刷掉金屬的腐蝕產(chǎn)物，從而提高腐蝕反應(yīng)的速度，增強(qiáng)腐蝕作用。一般來說，表層海水的流速比深層海水要快，受到流速的影響，海面設(shè)備的腐蝕程度往往比深海設(shè)備的腐蝕程度要嚴(yán)重。

四、展望

深海地域中富有的資源是不可估量的，由于社會的發(fā)展帶來陸地上資源匱乏的問題，如今眾多國家高度重視海洋資源的開發(fā)與利用，尋求海洋資源的合理開采，為此也開展了一系列的深入研究。海洋資源的研究、開發(fā)與利用是一個長期的探索過程，目前也取得了一定的成效，對于減輕能源枯竭的現(xiàn)象產(chǎn)生積極影響。資源仍然是深海研究的重中之重，深海領(lǐng)域的發(fā)展必須依托于先進(jìn)的科學(xué)設(shè)備，尤其是專門運用于深海領(lǐng)域的探測與使用的材料。值得注意的是，如今深海材料腐蝕的研究尚未成熟，因此，需要廣泛開拓研究思路，綜合各方面的因素為降低深海環(huán)境下的材料腐蝕提供有效對策。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jiang H， Wang H. Research survey of global deepwater materials[J].Adv. Mater. Ind.， 2013.

[2]江洪，王徽.全球深海材料研究概況[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2013.

[3]Fu X L， Ma L， Yan Y G， et al. Effect of dissolved oxygen on corrosionbehavior of hull steel in seawater [J].Corros.Prot.，2010.

[4]傅曉蕾，馬力，閏永貴等.溶解氧濃度對船體鋼在海水中腐蝕行為的影響[J].腐蝕與防護(hù)，2010.