浅谈深海环境中的材料腐蚀与防护研究分析

方昶

【摘 要】本文从深海环境因素的特点着手，结合其对合金与金属等材料的影响作用，论证出这些因素的存在是导致深海环境下金属及合金材料腐蚀的重要原因。介绍了深海环境下金属和合金材料目前的腐蚀情况，希望对预防和减少深海环境下金属及合金材料腐蚀起到参考作用。

【关键词】深海环境；材料；腐蚀

一、研究背景

深海生物圈的生物资源十分丰富，被誉为是具有巨大发展潜力的生物资源宝地。随着对深海的研究进一步深入，深海技术得到相应提高，且被广泛运用到众多领域中，产生积极的作用。例如深海航行器的强大功能能够提高海洋搜救工作的效率。深海技术是一项科技顶尖技术，关乎到海洋科学以及海洋资源开发与利用的未来发展。然而深海技术大多是出于军事需要，通常与军事力量相挂钩，因此在做深入研究时，可供参考的文献或数据资料少之又少，但是为了科学改善海洋污染的现状、有效促进海洋资源的开发与利用以及切实维护国家海洋权益，各个国家都致力于投身到深海设备的研究与开发的行列中。部分发达国家早在上世纪六十年代以及意识到深海技术的重要性，开始了对材料的深海环境腐蚀实验研究，并利用到实际深海资源的开发中，近年来，印度和挪威等国家也重视深海的研究工作，取得一定成效，但反观我国的深海研究状况，起步晚，发展速度慢是生活研究难以取得跨越性突破的重要原因。

二、深海材料

海洋产业的价值随着社会的进步日益凸显，极大程度上拉动国家经济的发展，海洋开发正在不断开拓新的发展空间，深海材料必定能够为我国的经济发展注入新的活力，成为我国最具发展潜力的新兴战略型支柱产业。深海工程装备的建设立足于高性能深海工程材料，能够大力拉动海洋深海经济的发展，有效推动海洋产业化的进程。因此，在探讨深海资源开发时，必不可少的重要研究方向是研究深海材料的防腐问题。

1.高性能钢

除了具备普通钢材加工便利、承受能力强以及价格低廉等优点外，高性能钢在吸收能量、韧性、疲劳强度等方面都有相当出色的表现。谈及用途，高性能钢是建造海洋系泊链以及海底管道的必要材料，除此之外，还可以作为制造耐压壳体的材料。

2.合金材料

铜镍合、钛合金、镍合金等是运用在深海中主要的合金材料，它们都有很强的耐腐蚀性能。其中，钛合金材料由于其耐腐蚀性极佳，因此被广泛运用到工业制造当中，在海洋产业上也发挥着关键作用，深潜器和水下机器人的制造必不可缺的重要材料就是钛合金材料。

3.复合材料

复合材料由基质材料和增强材料组成。就其优点而言，复合材料一方面强度高、质量轻，另一方面其耐湿性和耐腐蚀性较为突出，所以深海工程建设中对于复合材料的需求量相当大。

三、深海环境中的腐蚀影响因素

深海环境与海面、浅海有很大的区别，深海环境非常不理想，各腐蚀影响因子的值会根据海洋深度的增加而发生改变，进而对深海设备的腐蚀产生影响。

1.溶氧量

海水中的溶氧量是造成深海设备腐蚀的重要因素。随着海洋深度的增加，深海环境愈加恶劣，难以为绿色植物的生长提供必要的条件，因此绿色植物很难存活于深海中，导致氧的溶解量随着海洋深度的增加而减少，在深海环境下溶解氧含量的变化极其容易引发腐蚀现象。

2.温度

温度是影响到材料的腐蚀行为的直接因素，还会对其他的腐蚀因素产生一定的影响。温度升高加快了腐蚀现象的速度；而海水中氧的溶解度随着海水温度的升高而降低，有利于形成保护性钙质水垢，有利于减缓碳钢的腐蚀速度。

3.盐度

深层海水盐度基本维持在三十五度，相对稳定，海水表層盐度降低，则深层盐度会上升，使大洋盐度基本保持稳定。海水盐度与深度呈正相关，但变化不明显。

4.压力

腐蚀速率与静水压力呈正相关，换言之，腐蚀速率随着静水压力的增加的增大。在压力不同的情况下，金属或合金表面生成的腐蚀产物层的特性往往影响着深海材料的腐蚀情况。在较高压力下，一些金属的氧化物就较为容易转化成水溶性氯氧化物，就会产生腐蚀现象。与此同时，离子水合程度会减弱，造成形成腐蚀层的保护特性的变化。

5.流速

流速能够通过减少金属表面氧的扩散层厚度，令金属表面的溶解氧增多，氧的去极化作用与此增强。除此之外，海水不断流动能够冲刷掉金属的腐蚀产物，从而提高腐蚀反应的速度，增强腐蚀作用。一般来说，表层海水的流速比深层海水要快，受到流速的影响，海面设备的腐蚀程度往往比深海设备的腐蚀程度要严重。

四、展望

深海地域中富有的资源是不可估量的，由于社会的发展带来陆地上资源匮乏的问题，如今众多国家高度重视海洋资源的开发与利用，寻求海洋资源的合理开采，为此也开展了一系列的深入研究。海洋资源的研究、开发与利用是一个长期的探索过程，目前也取得了一定的成效，对于减轻能源枯竭的现象产生积极影响。资源仍然是深海研究的重中之重，深海领域的发展必须依托于先进的科学设备，尤其是专门运用于深海领域的探测与使用的材料。值得注意的是，如今深海材料腐蚀的研究尚未成熟，因此，需要广泛开拓研究思路，综合各方面的因素为降低深海环境下的材料腐蚀提供有效对策。

参考文献：

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